Отмотайте космические часы назад на пару миллиардов лет, и вряд ли вы узнаете нашу Солнечную систему. Около 4,5 миллиарда лет назад Солнце светило примерно так же, как и сегодня, хотя оно было чуть меньше в размерах. Вот только окружали нашу звезду не планеты, а огромный вращающийся диск из пыли и газа. Этот диск ученые называют протопланетным. Согласно принятым сегодня моделям, именно из него “родились” планеты.
И вот новое исследование показало, что в этом диске был разрыв между современными орбитами Марса и Юпитера, там, где сегодня находится пояс астероидов. Астрономы предполагают, что его сформировали те же процессы, которые “руководили” и формированием планет.
Анализ проводила группа ученых из МТИ. Результаты работы они опубликовали в статье в журнале Science Advances. Давайте разбиремся в их исследовании.
“Наблюдения последних десятилетий показали, что в [протопланетных] дисках вокруг молодых звезд довольно часто встречаются кольца, полости и разрывы, — объясняет Бенжамин Вейс, профессор планетарных наук с кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) в MIT. — Это важные, но мало понимаемые нами признаки физических процессов, благодаря которым газ и пыль превращаются в молодые звезды и планеты.”
Тем временем ученые, изучающие метеориты, заметили, что их можно разделить на две группы по составу (углистые СС и неуглистые NC). А именно — по комбинациям изотопов. Углистые состоят из материала внешней области Солнечной системы, а неуглистые — из материала внутренней. Изредка, но всё же попадаются и метеориты с обеими комбинациями изотопов, но большинство всё же попадают в одну из двух категорий. Это указывает на то, что эти камни сформировались вместе с формированием Солнечной системы, но в разное время и в разных местах системы.
Так родилось предположение, что причиной такого разделения может быть разрыв в протопланетном диске наподобие тех, которые мы видим в других молодых системах.
Чтобы это проверить, профессор Вейс и его коллеги из MIT решили проверить метеориты на следы древних магнитных полей.
Магнитное поле молодой планетной системы может менять силу и направление в зависимости от процессов во вращающемся диске.
Древняя пыль собирается в “зерна”-хондры, и электроны в этих хондрах направляют себя по линиям окружающего магнитного поля. Охлаждаясь, камни таким образом “запоминают” направление поля.
По диаметру эти хондры могут быть меньше толщины человеческого волоса. И они встречаются в современных метеоритах. Команда Вейса специализируется на измерении этих хондр и определении магнитных полей, в которых они сформировались.
В прошлом исследовании они проанализировали образцы NC-метеоритов, которые, как мы понимаем, сформировались во внутренней области системы.
В новой работе ученые анализировали хондры в двух углистых метеоритах из внешней области системы, найденных в Антарктиде. С помощью очень мощного и очень чувствительного магнитометра — устройства SQUID (Scanning superconducting Quantum Interference Device) — они измерили первоначальные поля в каждой хондре этих метеоритов.
Оказалось, что поле во внешней области Солнечной системы было сильнее, чем во внутренней. А ведь логично предположить, что чем ближе к звезде, тем поле сильнее. Тут же получается, что поле во внешней области было в два раза сильнее: 100 мкТл (микротесл) против 50 мкТл. Для сравнения — у магнитного поля Земли сегодня около 50 мкТл.
Эта разница в силе магнитного поля объясняет, как Солнечная система собирала материю. Более сильное поле внешней области притягивало больше материи, поэтому и планеты там больше. А отсутствие плавной градации в размерах означает, что, вероятно, существовал разрыв.
И это подтвердилось компьютерным моделированием. Разрыв мешал материи “перетекать” из внешней во внутреннюю область системы.
Как же образовался этот разрыв? Мы не знаем. Возможно, сыграл роль массивный Юпитер, а может, разрыв создало магнитное поле протопланетного диска. Молодые протопланетные диски формируются под силой собственных магнитных полей. Взаимодействуя друг с другом, эти поля могут создавать мощные ветры, способные “раздувать” материю.
Впрочем, ответ на вопрос “как?” не столь важен, как важны ответы на вопросы о последствиях: какую роль сыграл этот разрыв? Как он влиял все последовавшие миллиарды лет?
Ведь не просто так под одну сторону разрыва находятся землеподобные планеты, а по другую — газовые гиганты.
Научная статья была опубликована в Science Advances. DOI:10.1126/sciadv.abj6928 Источники: MIT, Universe Today, Sci-News.
