Новая модель объясняет, как время формирования влияет на состав планет

Новое исследование учёных из Университета Невады в Лас-Вегасе проливает свет на то, как формировались планеты в нашей галактике, включая Землю, и почему жизнь и смерть соседних звёзд являются важной частью этой головоломки.

В статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, исследователи впервые смоделировали, как время формирования планет в истории галактики влияет на их состав и плотность.

«Материалы, из которых формируются планеты, образуются внутри звёзд с разной продолжительностью жизни», — объясняет Джейсон Стеффен, доцент кафедры физики и астрономии UNLV и ведущий автор статьи.

Эти выводы помогают объяснить, почему более старые каменистые планеты менее плотные, чем молодые планеты, подобные Земле, и также предполагают, что необходимые для жизни элементы появлялись не одновременно.

Время — ключевой фактор в формировании планет

Все основные элементы, составляющие планеты — кислород, кремний, железо и никель — образуются внутри звёзд. Планеты, по сути, строятся из обломков умирающих звёзд, но сроки их гибели сильно различаются, что влияет на структуру формирующихся планет.

Массивные звёзды сгорают относительно быстро, обычно в течение 10 миллионов лет, и при взрыве рассеивают в пространстве более лёгкие элементы, такие как кислород, кремний и магний. Эти материалы обычно составляют внешние слои каменистых планет.

Звёзды с малой массой живут миллиарды лет и выделяют более тяжёлые элементы, такие как железо и никель, которые являются ключевыми для формирования планетарных ядер.

Планеты, формирующиеся в системах, где и массивные, и маломассивные звёзды успели внести свой вклад в протопланетный диск, содержат большее разнообразие этих элементов. Те, что образуются в основном из материалов массивных звёзд, имеют более крупные мантии и меньшие ядра. Когда есть время для вклада маломассивных звёзд с их тяжёлыми элементами, планетарные ядра получаются больше.

Исследовательская группа за последнее десятилетие создала программные модели для различных проектов, но лишь недавно осознала, что у них есть все части для создания первой полностью интегрированной модели формирования планет такого рода.

«Это было похоже на то, что решение уже в руках, и мы ждали подходящей проблемы. Когда были опубликованы новые наблюдения, мы поняли, что можем смоделировать всю систему с небольшим дополнением кода в начале», — говорит Стеффен.

Эта симуляция отслеживает весь жизненный цикл формирования планет — от рождения звёзд и синтеза элементов до взрывов, столкновений, формирования планет и их внутренней структуры.

«Одним из следствий этих открытий является то, что условия для жизни возникают не сразу», — отмечает Стеффен. — «Многие элементы, необходимые для обитаемой планеты и живых организмов, становятся доступными в разное время на протяжении галактической истории».

Исследование подчёркивает, что наша собственная Солнечная система сформировалась в «золотой середине» — достаточно поздно, чтобы получить тяжёлые элементы от долгоживущих звёзд, но достаточно рано, чтобы избежать чрезмерного облучения от соседних взрывов сверхновых.