Учени са открили доказателства, че в протопланетния диск на ранната Слънчева система е съществувала мистериозна празнина преди около 4,567 милиарда години и вероятно тя е оформила състава на младите планети във вътрешната и външната област на Слънчевата система.
В ранната слънчева система „протопланетен диск“ от прах и газ се върти около Слънцето и в крайна сметка се слива в планетите, които познаваме днес.
Нов анализ на учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) и други научни институти на древни метеорити предполага, че в този диск е съществувала загадъчна празнина преди около 4,567 милиарда години, близо до мястото, където днес се намира астероидният пояс.
Резултатите от екипа, публикувани в Science Advances, предоставят преки доказателства за тази празнина.
„През последното десетилетие наблюденията показаха, че пролуките и пръстените са често срещани в дисковете около други млади звезди“, разказва Бенджамин Вайс (Benjamin Weiss), професор по планетарни науки в катедрата за науки за Земята, атмосферните и планетарните науки на MIT (EAPS). "Това са важни, но слабо разбрани признаци на физическите процеси, чрез които газът и прахът се трансформират в младото слънце и планети".
По същия начин причината за такава пролиука в нашата собствена Слънчева система остава загадка. Една от възможностите е, че може да е повлиял младият Юпитер. Когато газовият гигант се е оформил, огромното му гравитационно привличане е можело да изтласка газ и прах към покрайнините, оставяйки след себе си празнина в еволюиращия диск.
Друго обяснение може да е свързано с ветровете, излизащи от повърхността на диска. Ранните планетни системи се управляват от силни магнитни полета. Когато тези полета взаимодействат с въртящия се диск от газ и прах, те могат да произвеждат ветрове, достатъчно мощни, за да издухат материала, оставяйки след себе си празнина в диска.
Независимо от произхода си, пролуката в ранната Слънчева система вероятно е служила като космическа граница, като предотвратява материалът от двете му страни да си взаимодейства. Това физическо разделяне би могло да е оформило състава на планетите на Слънчевата система. Например от вътрешната страна на пролуката газът и прахът са се слели в планети от земен тип, включително Земята и Марс, докато газът и прахът, изхвърлени в по-далечната страна на пролуката, са образували в по-студените райони Юпитер и съседните му газови гиганти.
„Доста е трудно да се преодолее тази пропаст и на една планета ще й са нужни много външен въртящ момент и импулс“, обяснява водещият автор от EAPS Кауе Борлина (Cauê Borlina). "И така, това дава доказателства, че формирането на нашите планети е било ограничено до определени региони в ранната Слънчева система."
Изображение, направено с телескопа ALMA на протопланетарния диск около V883 Orionis, показва дупка. Кредит: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).
Разделяне в пространството
През последното десетилетие учените са наблюдавали любопитно разделение в състава на метеоритите, проправили си път до Земята. Тези космически скали са се образували по различно време и местоположение, докато Слънчевата система се е оформяла. Анализираните метеорити показват една от две изотопни комбинации. Рядко се открива метеорити да показват и двете - загадка, известна като „изотопна дихотомия“.
Учените предполагат, че тази дихотомия може да е резултат от празнината в диска на ранната Слънчева система, но такава разлика не е потвърдена директно.
Групата на Вайс анализира метеоритите за признаци на древни магнитни полета. Тъй като докато се оформя младата планетна система, тя носи със себе си магнитно поле, чиято сила и посока могат да се променят в зависимост от различни процеси в еволюиращия диск. Тъй като древният прах се събира в зърна, известни като хондрули, електроните в хондрулите се подравняват с магнитното поле, в което са се образували.
Хондрулите могат да бъдат по-малки от диаметъра на човешки косъм. Екипът на Вайс е специализирана в изследване на хондрули, за да идентифицират древните магнитни полета, в които те първоначално са се образували.
В предишната работа групата анализира проби от една от двете изотопни групи метеорити, известни като некарбонови метеорити. Смята се, че тези скали са възникнали в „резервоар“ или район на ранната Слънчева система, сравнително близо до Слънцето. Групата на Вайс преди това е идентифицирала древното магнитно поле в проби от този близък регион.
При голямо увеличение с помощта на електронен микроскоп са видими сферични минерални перли, наречени хондрули, вградени в метеорита. Кредит: Derek Robson/The Loughborough Materials Characterisation Centre
Несъответствие в метеоритите
В новото си изследване изследователите се опитват да отговорят на въпроса дали магнитното поле е било същото във втората изотопна, „въглеродна“ група метеорити, за които, съдейки по изотопния им състав, се смята, че са възникнали по-далеч в Слънчевата система.
Те анализират хондрули, всяка с размери около 100 микрона, от два въглеродни метеорита, открити в Антарктида. С помощта на високо прецизен микроскоп в лабораторията на Вайс, наречено SQUID (superconducting quantum interference device или свръхпроводящо устройство за квантова интерференция), екипът определя оригиналното, древно магнитно поле на всяка хондрула.
Изненадващо, те откриват, че силата на полето е по-голяма от тази на по-близките некарбонови метеорити, които те са измервали преди това. Тъй като учените очакват докато се оформят младите планетни системи силата на магнитното поле да намалява с разстоянието от Слънцето.
За разлика от това, Борлина и неговите колеги откриват, че далечните хондрули имат по-силно магнитно поле, от около 100 микротесла, в сравнение с полето от 50 микротесла в по-близките хондрули. За справка, магнитното поле на Земята днес е около 50 микротесла.
Магнитното поле на планетната система е мярка за скоростта й на акреция (натрупване) или количеството газ и прах, което може да привлече в центъра си с течение на времето. Съдейки по магнитното поле на въглеродните хондрули, външната област на Слънчевата система трябва да е събрала много повече маса от вътрешната.
Три изгледа на рядък въглероден хондрит, намерен в Англия: с просто око (вляво), с оптичен микроскоп (в средата) и с електронен микроскоп (вдясно). Кредит: Derek Robson/The Loughborough Materials Characterisation Centre
Използвайки модели за симулиране на различни сценарии, екипът стигна до заключението, че най-вероятното обяснение за несъответствието в процентите на натрупване е наличието на празнина между вътрешните и външните области, което би могло да намали количеството газ и прах, които текат към Слънцето от външни региони.
„Пролуките са често срещани в протопланетните системи и сега показваме, че сме имали такъв в нашата собствена Слънчева система“, коментира Борлина. „Това дава отговор на тази странна дихотомия, която виждаме при метеоритите, и дава доказателства, че пролуките влияят върху състава на планетите".
Справка: “Paleomagnetic evidence for a disk substructure in the early solar system” by Cauê S. Borlina, Benjamin P. Weiss, James F. J. Bryson, Xue-Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilanjan Chatterjee and Elias N. Mansbach, 15 October 2021, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abj6928
Източник: Scientists find evidence the early solar system harbored a gap between its inner and outer regions, Jennifer Chu, MIT News Office
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари