Исследователи предполагают, что примитивные метеориты сформировались в менее турбулентной солнечной туманности

Схематическое изображение охлаждения хондры для обычных (a) и углеродистых (b) хондритов, а также временные и температурные преобразования между фазами (c). Автор: Seret and Libourel, 2024.

Хондритовые метеориты (хондриты) являются одними из древнейших пород в нашей солнечной системе, образовавшихся 4,5 миллиарда лет назад. Таким образом, их примитивный состав означает, что они открывают окно в истоки формирования планет, особенно потому, что их основные элементы (тяжелее водорода и гелия, включая кислород, кремний, магний, железо и никель) точно отражают состав фотосферы Солнца.

Плавление и скопление (аккреция) частиц пыли при высоких температурах (до 2000 Кельвинов [~1727 °C]) в протопланетном диске образовали кристаллизованные силикатные сферы, известные как хондры, которые затем объединились, образовав астероиды — остатки планетарного происхождения.

Существует два основных типа, которые, как полагают, образовались во внутренней и внешней частях Солнечной системы соответственно: обычные хондриты состоят на 90% из хондр, в то время как углистые хондриты содержат всего 20–50% хондр в фоновой матрице.

Текущие знания предполагают, что для деформации и фрагментации хондр с целью образования хондритов необходимы столкновения космических обломков с высокой энергией. Однако исследование, опубликованное в Earth and Planetary Science Letters, предполагает, что это может быть не так.

Вместо этого профессор Ги Либурель и доктор Энтони Сере из французской Лагранжевой лаборатории при Университете Лазурного берега предполагают, что как пластическая деформация, так и фрагментация хондр могут происходить при низких скоростях столкновения.

Объясняя важность этого исследования, доктор Серет говорит: «Хотя понимание образования и истории метеоритов традиционно основывалось на химическом анализе, это исследование является пионером механического подхода, предлагая новый взгляд на эти небесные объекты.

«Кроме того, принципы пластической деформации во время горячих столкновений и саморастрескивания из-за дифференциального охлаждения могут быть распространены на изучение других скалистых тел, включая астероиды».

Электронное изображение тонкого сечения обычного хондрита, полученное методом обратного рассеяния. Автор: Connolly Jr and Jones, 2016 (DOI: 10.1002/2016JE005113).

Для дальнейшего изучения этого вопроса ученые использовали моделирование для изучения механического поведения хондр в различных температурных окнах. Ниже критического температурного порога (температуры стеклования) хондры вели себя как твердое тело с хрупкой деформацией и растрескиванием, тогда как выше этого порога хондры испытывали пластичную деформацию и текли как вязкая жидкость.

Более конкретно, профессор Либурель и доктор Серет отмечают особенно важное открытие: «При температурах, превышающих 1000 Кельвинов (~727 °C), агрегаты кубических хондр весом всего в несколько граммов, сталкивающиеся с относительной скоростью менее 10 метров в секунду (с кинетической энергией ≈ 40 миллиджоулей), могут вызывать уровень пластичной, необратимой пластической деформации, наблюдаемой в метеоритах».

«Наоборот, ниже этого критического температурного порога в пределах одной изолированной хондры дифференциальное тепловое сжатие между аморфными (бесформенными) и кристаллическими силикатными компонентами может привести к спонтанному хрупкому растрескиванию и даже фрагментации, без необходимости внешнего воздействия».

Первый сценарий наиболее распространен в обыкновенных хондритах, тогда как второй встречается во фрагментированных хондрах углистых хондритов.

«Обычные хондриты образовались путем срастания многочисленных хондр, которые были еще горячими и пластичными, что позволило им деформироваться и объединиться в более крупную массу», — утверждает доктор Серет.

«Углеродистые хондриты образовались из меньшего количества хондр, которые быстро остыли и стали хрупкими, что привело к спонтанному растрескиванию до того, как они смогли срастись. Таким образом, это исследование подчеркивает тонкий баланс между пластичностью и хрупкостью при образовании хондритов».

Больше информации: Anthony Seret et al, Chondrites as thermal and mechanical archives of accretion processes in the Solar protoplanetary disk, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI: 10.1016/j.epsl.2024.119066.