Ранняя Солнечная система имела разрыв между ее внутренней и внешней областями, говорят ученые

Вызванное юным Юпитером или возникшим на протопланетном диске ветром космическое разграничение, вероятно, сформировала состав молодых планет.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте.

В ранней Солнечной системе "протопланетный диск" из пыли и газа вращался вокруг Солнца и со временем объединился в планеты, которые мы знаем сегодня.

Новый анализ древних метеоритов, проведенный учеными из Массачусетского технологического института и других, позволяет предположить, что загадочный разрыв существовал на этом диске около 4,567 миллиарда лет назад, недалеко от места, где сегодня находится пояс астероидов.

Результаты команды, опубликованные в журнале Science Advances, предоставляют прямые доказательства существования этого разрыва.

"За последнее десятилетие наблюдения показали, что полости, разрывы и кольца распространены в дисках вокруг других молодых звезд", - говорит Бенджамин Вайс, профессор планетарных наук на факультете наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) Массачусетского технологического института. "Это важные, но плохо понятные признаки физических процессов, с помощью которых газ и пыль превращаются в молодое солнце и планеты".

Аналогичным образом, причина возникновения такого разрыва в нашей собственной Солнечной системе остается загадкой. Одной из возможностей является то, что мог повлиять Юпитер. Когда газовый гигант формировался, его огромное гравитационное притяжение могло вытолкнуть газ и пыль до окраин, оставив за собой разрыв в развивающемся диске.

Другое объяснение может быть связано с ветрами, возникающими на поверхности диска. Ранние планетарные системы управляются сильными магнитными полями. Когда эти поля взаимодействуют с вращающимся диском из газа и пыли, они могут производить ветры, достаточно мощные, чтобы выдувать материал, оставляя за собой пробел в диске.

Независимо от его происхождения, разрыв в ранней Солнечной системе, вероятно, служил космическим разграничением, удерживая материал по обе стороны от взаимодействия. Это физическое распределение могло сформировать состав планет Солнечной системы. Например, на внутренней стороне разрыва газ и пыль слились в виде планет земного типа, включая Землю и Марс, тогда как газ и пыль, попавшие на дальнюю сторону разрыва, сформировали в более ледяных регионах такие, как Юпитер и его соседние газовые гиганты.

"Довольно трудно преодолеть этот разрыв, и планете понадобится большой внешний крутящий момент и импульс", - говорит ведущий автор и аспирант EAPS Каук Борлина. "Итак, это служит доказательством того, что формирование наших планет было ограничено определенными регионами ранней Солнечной системы".

Их соавторами являются другие сотрудники Массачусетского технологического института, а также Оксфордского университета и Университета Цинхуа.

Расщепленность в космосе

В течение последнего десятилетия ученые наблюдают странную расщепленность в составе метеоритов, попавших на Землю. Эти космические камни образовались в разное время и в разных местах во время формирования Солнечной системы. Те, что были проанализированы, демонстрируют одну из двух изотопных комбинаций. Редко встречается, когда метеориты демонстрируют и то, и другое – загадка, известная как "изотопная дихотомия".

Ученые предположили, что эта дихотомия может быть результатом разрыва в диске ранней Солнечной системы, но этот пробел не был прямо подтвержден.

Группа Вайса анализирует метеориты на наличие признаков древних магнитных полей. Когда молодая планетарная система приобретает форму, она несет в себе магнитное поле, сила и направление которого зависят от различных процессов в развивающемся диске. Когда древняя пыль собирался в зерна, известные как хондрулы, электроны внутри хондрул выравнивались с магнитным полем, в котором они образовались.

Хондрулы могут быть меньше диаметра человеческого волоса и встречаются сегодня в метеоритах. Группа Вайса специализируется на измерении хондрул для обнаружения древних магнитных полей, в которых они изначально образовались.

В предыдущей работе группа проанализировала образцы одной из двух изотопных групп метеоритов, известных как неуглеродные метеориты. Считается, что эти камни возникли в "резервуаре" или регионе ранней Солнечной системы, расположенном относительно близко к Солнцу. Группа Вайса ранее определила древнее магнитное поле в образцах с этой близкой области.

Несоответствие метеоритов

В своем новом исследовании ученые задумывались над тем, будет ли магнитное поле таким же во второй изотопной, «углеродной» группе метеоритов, которые, судя по их изотопному составу, возникли дальше в Солнечной системе.

Они проанализировали хондрулы, каждая размером около 100 мкм, из двух углеродных метеоритов, обнаруженных в Антарктиде. Используя сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство или SQUID – высокоточный микроскоп в лаборатории Вайса – команда определила первоначальное, древнее магнитное поле каждой хондрулы.

На удивление, они обнаружили, что напряженность их поля сильнее, чем у более близких неуглеродных метеоритов, которые они ранее измеряли. По мере формирования молодых планетарных систем, ученые ожидают, что напряженность магнитного поля должна уменьшаться с удалением от Солнца.

Напротив, Борлина и его коллеги обнаружили, что дальние хондрулы имеют более сильное магнитное поле, примерно 100 микротесла, по сравнению с полем с 50 микротесла в ближайших хондрулах. Для справки, магнитное поле Земли сегодня составляет около 50 микротесла.

Магнитное поле планетарной системы – это мера скорости ее аккреции, или количества газа и пыли, которые она может со временем втянуть в свой центр. Судя по магнитному полю углеродных хондрул, внешняя область Солнечной системы должна была аккрецировать гораздо большую массу, чем внутренняя.

Используя модели для симулирования различных сценариев, команда пришла к выводу, что наиболее вероятным объяснением несоответствия скоростей аккреции является наличие промежутка между внутренней и внешней областями, который мог бы уменьшить количество газа и пыли, поступающих к Солнцу с внешних регионов.

"В протопланетных системах разрывы распространены, и теперь мы показываем, что в нашей Солнечной системе был один такой", - говорит Борлина. "Это дает ответ на эту странную дихотомию, которую мы видим в метеоритах, и дает доказательства того, что разрывы влияют на состав планет".

Это исследование частично поддержали НАСА и Национальный научный фонд США.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.