У ранній Сонячній системі «протопланетний диск» з пилу і газу обертався навколо Сонця і в кінцевому підсумку об'єднався в планети, які ми знаємо сьогодні. Новий аналіз стародавніх метеоритів, проведений вченими з Массачусетського технологічного інституту та інших джерел, передбачає, що загадковий розрив існував в цьому диску близько 4,567 мільярда років тому, недалеко від того місця, де сьогодні знаходиться пояс астероїдів.
Результати дослідження, опубліковані в Science Advances, є прямим доказом цього розриву.
«За останнє десятиліття спостереження показали, що порожнини, проміжки і кільця є звичайним явищем у дисках навколо інших молодих зірок», - говорить Бенджамін Вайс, професор планетних наук у Департаменті наук про Землю, атмосферу і планети Массачусетського технологічного інституту (EAPS). «Це важливі, але погано вивчені ознаки фізичних процесів, за допомогою яких газ і пил перетворюються на молоді зірки і планети».
Причина такого розриву в нашій сонячній системі залишається загадкою. Одна з можливостей полягає в тому, що Юпітер міг мати свій вплив. Коли газовий гігант знайшов форму, його величезна гравітаційна сила могла підштовхнути газ і пил до околиць, залишивши за собою пролом у диску, що розвивається.
Інше пояснення може бути пов'язане з вітрами, що виходять з поверхні диска. Ранні планетні системи керуються сильними магнітними полями. Коли ці поля взаємодіють з обертовим диском з газу і пилу, вони можуть виробляти вітер, досить потужний, щоб видути матеріал, залишаючи розрив у диску.
Незалежно від свого походження, пролом у ранній Сонячній системі, ймовірно, служив космічним кордоном, перешкоджаючи взаємодії матеріалів по обидва боки від неї. Цей фізичний поділ міг сформувати склад планет Сонячної системи. Наприклад, на внутрішній стороні розриву газ і пил об'єдналися в планети земної групи, включаючи Землю і Марс, в той час як газ і пил перемістилися в дальню сторону розриву, утворивши в більш холодних областях Юпітер і сусідні з ним газові гіганти.
«Досить складно подолати цей розрив, і планеті буде потрібно багато зовнішнього крутячого моменту і імпульсу», - кажуть вчені. «Таким чином, це свідчить про те, що формування наших планет обмежувалося певними регіонами в ранній сонячній системі».
Розрив у просторі
За останнє десятиліття вчені спостерігали цікавий розкол у складі метеоритів, які досягли Землі. Ці космічні камені спочатку формувалися в різний час і в різних місцях у міру формування Сонячної системи. Ті, що були проаналізовані, показують одну з двох комбінацій ізотопів. Рідко коли в метеоритах виявляється і те, і інше - загадка, відома як «ізотопна дихотомія».
Вчені припустили, що ця дихотомія може бути результатом розриву в диску ранньої Сонячної системи, але наявність такого розриву не отримала прямого підтвердження.
Група Вайса аналізує метеорити на предмет наявності стародавніх магнітних полів. У міру того, як молода планетна система знаходить форму, вона несе з собою магнітне поле, сила і напрямок якого можуть змінюватися залежно від різних процесів всередині диска, що розвивається. Коли стародавній пил збирався в зерна, відомі як хондри, електрони всередині хондр шикувалися відповідно до магнітного поля, в якому вони утворилися.
Хондри можуть бути менше діаметра людської волосини і сьогодні виявляються в метеоритах. Група Вайса спеціалізується на вимірюванні хондр для визначення стародавніх магнітних полів, в яких вони спочатку формувалися.
У попередній роботі вчені проаналізували зразки однієї з двох ізотопних груп метеоритів, відомих як невуглецеві метеорити. Вважається, що ці породи утворилися в «резервуарі» або регіоні ранньої Сонячної системи, відносно близько до Сонця. Раніше вчені ідентифікували стародавнє магнітне поле в зразках з цієї близької до Сонця області.
Відмінності в метеоритах
У своєму новому дослідженні вчені задалися питанням, чи буде магнітне поле таким же у другій ізотопній, «вуглецевій» групі метеоритів, які, судячи з їх ізотопного складу, імовірно виникли далі в Сонячній системі.
Вони проаналізували хондри розміром близько 100 мікрон кожна з двох вуглецевих метеоритів, виявлених в Антарктиді. Використовуючи надпровідний пристрій квантової інтерференції, або SQUID, високоточний мікроскоп в лабораторії Вайса, команда визначила початкове стародавнє магнітне поле кожної хондри.
На подив, вони виявили, що напруженість поля була вищою, ніж у більш близьких невуглецевих метеоритів, які вони раніше вимірювали. У міру того, як формуються молоді планетні системи, вчені очікують, що сила магнітного поля повинна зменшуватися з відстанню від Сонця.
Навпаки, вчені виявили, що у далеких хондр було більш сильне магнітне поле, близько 100 мікротеслу, в порівнянні з полем в 50 мікротеслу в більш близьких хондрах. Для довідки: магнітне поле Землі сьогодні становить близько 50 мікротеслу.
Магнітне поле планетної системи є заходом її швидкості аккреції або кількості газу і пилу, яке вона може залучити в свій центр з плином часу. Судячи з магнітного поля вуглецевих хондр, зовнішня область Сонячної системи повинна була нарощувати набагато більше маси, ніж внутрішня область.
Використовуючи моделювання різних сценаріїв, вчені дійшли висновку, що найбільш імовірним поясненням невідповідності в темпах аккреції є наявність розриву між внутрішньою і зовнішньою областями, який міг би зменшити кількість газу і пилу, що надходять до Сонця із зовнішніх областей.
«Розриви - звичайна справа в протопланетних системах, і тепер ми показуємо, що вони були і в нашій сонячній системі», - кажуть дослідники. «Це дає відповідь на дивну дихотомію, яку ми бачимо в метеоритах, і надає докази того, що розриви впливають на склад планет».
Дослідження було опубліковано в Science Advances.
