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.

Новости по подобной теме:

		"Проглочена", разорвана, или будет жить дальше: что будет с Землей, когда умрет Солнце?
		Зонд "Новые горизонты" обнаружил пылевые намеки на более протяженный пояс Койпера
		Найдены доказательства геотермальной активности на ледяных карликовых планетах

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.

• Солнечная система