Железные метеориты указывают на форму ранней Солнечной системы

Автор: UCLA Meteorite Gallery

Четыре с половиной миллиарда лет назад наша Солнечная система представляла собой облако газа и пыли, кружившееся вокруг Солнца, пока газ не начал конденсироваться и срастаться вместе с пылью, образуя астероиды и планеты. Как выглядела эта космическая рассадница, известная как протопланетный диск, и как она была устроена?

Астрономы могут использовать телескопы, чтобы «увидеть» протопланетные диски далеко от нашей, гораздо более зрелой Солнечной системы, но невозможно наблюдать, как наша могла выглядеть в зачаточном состоянии — только инопланетянин, находящийся за миллиарды световых лет от нас, мог бы увидеть это. как это было когда-то.

К счастью, из космоса удалось найти несколько подсказок — фрагменты объектов, которые сформировались в начале истории Солнечной системы и погрузились в атмосферу Земли, называемые метеоритами. Состав метеоритов рассказывает истории рождения Солнечной системы, но эти истории часто вызывают больше вопросов, чем ответов.

В статье , опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, группа планетологов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса сообщает, что тугоплавкие металлы, которые конденсируются при высоких температурах, такие как иридий и платина, были более распространены в образовавшихся метеоритах. во внешнем диске, который был холодным и находился далеко от Солнца. Эти металлы должны были образоваться вблизи Солнца, где температура была намного выше. Был ли путь, по которому эти металлы перемещались из внутреннего диска во внешний?

Большинство метеоритов образовались в течение первых нескольких миллионов лет истории Солнечной системы. Некоторые метеориты, называемые хондритами, представляют собой нерасплавленные скопления зерен и пыли, оставшиеся после образования планет. Другие метеориты испытали достаточно тепла, чтобы расплавиться, пока формировались их родительские астероиды. Когда эти астероиды расплавились, силикатная часть и металлическая часть разделились из-за разницы в плотности, подобно тому, как не смешиваются вода и нефть.

Сегодня большинство астероидов расположены в толстом поясе между Марсом и Юпитером. Ученые полагают, что гравитация Юпитера нарушила движение этих астероидов, в результате чего многие из них столкнулись друг с другом и развалились на части. Когда части этих астероидов падают на Землю и восстанавливаются, их называют метеоритами.

Протопланетный диск WSB 52 в форме пончика. Автор: Sean Andrews, Jane Huang, Laura Pérez et al. 2018

Железные метеориты происходят из металлических ядер самых ранних астероидов, старше любых других камней или небесных объектов в нашей Солнечной системе. Железо содержит изотопы молибдена, которые указывают на множество различных мест на протопланетном диске, в которых образовались эти метеориты. Это позволяет ученым узнать, каким был химический состав диска в зачаточном состоянии.

Предыдущие исследования с использованием Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы в Чили обнаружили множество дисков вокруг других звезд, которые напоминают концентрические кольца, похожие на мишень для дартса. Кольца этих планетарных дисков, таких как HL Tau, разделены физическими промежутками, поэтому этот тип дисков не может обеспечить путь для транспортировки этих тугоплавких металлов от внутреннего диска к внешнему.

В новой статье утверждается, что наш солнечный диск, вероятно, в самом начале не имел кольцевой структуры. Вместо этого наш планетарный диск больше напоминал пончик, а астероиды с металлическими зернами, богатыми металлами иридием и платиной, мигрировали к внешнему диску по мере его быстрого расширения.

«Как только Юпитер сформировался, он, скорее всего, открыл физический разрыв, который удерживал металлы иридий и платину во внешнем диске и предотвращал их падение на Солнце», — сказал первый автор Бидун Чжан, планетолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

«Эти металлы позже были включены в астероиды, которые сформировались во внешнем диске. Это объясняет, почему метеориты, образовавшиеся во внешнем диске — углеродистые хондриты и железные метеориты углеродистого типа — имеют гораздо более высокое содержание иридия и платины, чем их аналоги из внутреннего диска».

Чжан и его коллеги ранее использовали железные метеориты, чтобы реконструировать распределение воды в протопланетном диске.

«Железные метеориты — это скрытые драгоценные камни. Чем больше мы узнаем о железных метеоритах, тем больше они разгадывают тайну рождения нашей Солнечной системы», — сказал Чжан.

Больше информации: Bidong Zhang et al, Compositions of iron-meteorite parent bodies constrain the structure of the protoplanetary disk, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2306995121

Источник: University of California, Los Angeles