Найдавніші тверді тіла в Сонячній системі формувалися переважно з «вогню», а не з «льоду» – з гарячих кам’яних зерен, відомих як хондрили. На це вказує нове дослідження залізних метеоритів, про яке розповідає ScienceAlert.
У перші мільйони років навколо молодого Сонця в протопланетному диску співіснували два основні типи речовини. «Вогонь» представляли хондрили – дрібні кульки розплавленої й знову застиглої породи, утворені при дуже високих температурах. «Лід» був у вигляді матриксу – тонкодисперсного холодного пилу, багатого на водяний лід і органічні молекули.
Що відомо про ранні етапи формування планет
За попередніми даними, приблизно через 2 мільйони років після початку формування Сонячної системи хондрили почали переважати над матриксом у складі планетезималей – більших тіл, з яких згодом виросли планети й супутники. Приблизно через 4 мільйони років ситуація змінилася: у нових тілах стало більше крижаного матриксу.
Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Astronomy, дає перші геохімічні свідчення того, з чого складалися об’єкти, що народилися ще раніше – у перший мільйон років існування нашої планетної системи. Виявилося, що тоді домінували саме хондрили.
Залізні метеорити, такі як відомий екземпляр Таментіт, зберігають сліди найперших планетезималей. Їхні батьківські тіла повністю розплавилися внаслідок внутрішнього нагріву, тому ці метеорити фіксують найдавніші етапи еволюції Сонячної системи.
Як вчені відтворили склад перших тіл
Команда дослідників проаналізувала хімічні «відбитки пальців» у залізних метеоритах, які вказують на співвідношення хондрил і матриксу в первинних тілах. Радіоактивне датування та ознаки повного плавлення їхніх батьківських об’єктів дозволили віднести ці метеорити до самого початку історії Сонячної системи.
Результати показали, що в цих ранніх тілах було дуже мало льоду, тоді як у об’єктах, що формувалися пізніше, його вміст зростав. Це узгоджується з уже відомою картиною для періоду після двох мільйонів років.
За оцінками дослідників, перші планетезималі у зовнішній частині Сонячної системи складалися приблизно з 83–92 % хондрил, а частка крижаного, багатого на леткі речовини пилу була мінімальною.
Щоб відстежити внесок матриксу, науковці шукали в метеоритах два типи «трасерів». Перший – це вміст сірки, якої значно більше в матриксі, ніж у хондрилах. Другий – ступінь окиснення заліза, що показує, скільки водяного льоду та окисненого пилу було включено в тіло, з якого утворився метеорит.
Обидва підходи потребують певних припущень щодо властивостей первинних планетезималей, з яких походять ці залізні уламки. Однак важливо, що обидва методи привели до однакового висновку: найдавніші тіла були вкрай бідними на матрикс.
Саме збіг результатів за двома незалежними показниками робить висновок дослідження стійким і переконливим.
Чому «вогняні» хондрили перемогли на старті
Отримані дані також пояснюють, чому в метеоритах, які ми знаходимо сьогодні, так мало дуже ранніх хондрил. Багато порід, що їх містили, згодом розплавилися через внутрішнє нагрівання, і первинна структура була стерта.
Перевагу хондрилів на самому початку існування Сонячної системи дослідники пов’язують із явищем, яке називають аеродинамічним сортуванням. Через свої фізичні властивості – більшу щільність, міцність і компактність – хондрили мали вищі шанси злипатися й утворювати більші тіла, ніж легший і пухкіший крижаний пил.
Протягом наступних кількох мільйонів років умови в протопланетному диску, ймовірно, змінилися так, що матрикс почав відігравати більшу роль. Які саме процеси за це відповідальні, поки що незрозуміло.
Наслідки для розуміння формування планет
Реконструкція найперших етапів історії нашої планетної системи може допомогти краще зрозуміти й формування інших планет і супутників у Всесвіті. Нові результати свідчать, що такі об’єкти не є просто випадковою сумішшю доступних матеріалів.
Замість хаотичного нагромадження речовини від самого початку діяв вибірковий механізм, який віддавав перевагу певним частинкам – у цьому разі хондрилам. Це означає, що процес збирання планетезималей був набагато більш селективним, ніж вважалося раніше.
Детальніше про ранню Сонячну систему та формування планетезималей можна дізнатися також із науково-популярних відео, наприклад у ролику за посиланням на платформі YouTube.