Ранні етапи формування планети, можливо, були набагато більш вибірковими, ніж уявляли вчені. Коли молода Сонячна система почала накопичувати тверді об’єкти, такі як планети, супутники та протопланети, були доступні два основних типи матеріалу. Однією з них були хондри, міліметрові шматки гірської породи, утворені при високих температурах. Інша була матрицею, холодним дрібнозернистим ґрунтом, багатим водяним льодом і органічними речовинами.
Нове дослідження під керівництвом Єльського університету показує, що Сонячна система сильно підтримується утворенням теплового матеріалу майже миттєво.
Дослідники знайшли перші геохімічні докази того, що хондри були переважно включені в тверді тіла протягом першого мільйона років існування Сонячної системи. Наразі вчені змогли задокументувати цей тип поділу лише в об’єктах, які утворилися між 2 і 4 мільйонами років після виникнення Сонячної системи.
Дослідження було опубліковано 18 вересня Астрономія природи.
Сонячна система була вибірковою з самого початку
«Наша робота показує, що цей процес збору був надзвичайно вибірковим із самого початку», — сказав Даманвір Гревал, доцент кафедри наук про Землю та планети на факультеті мистецтв і наук Єльського університету та перший автор дослідження. «Найдавніші тіла зовнішньої частини Сонячної системи складалися з 83% до 92% хондр, з дуже невеликою кількістю щільного крижаного пилу, який домінує в об’єктах, що утворилися пізніше».
Хондри — це невеликі скелясті кульки, знайдені всередині хондритів, які є примітивними метеоритами, що зберігаються в геологічних колекціях. Ці крихітні структури пропонують вченим прямий фізичний зв’язок із ранніми стадіями Сонячної системи.
«Ви можете тримати їх у руці і знати, що вони є частиною процесу, який почався мільярди років тому», — сказав Ґрувал. «Це хронологія, про яку важко уявити».
Вченим давно відомо, що карбонатні хондрити (примітивні кам’янисті метеорити, які містять органічні сполуки та воду між силікатними мінералами) із зовнішньої частини Сонячної системи демонструють вікові закономірності. Старі зразки, як правило, мають більше хондр і менше матриксу, тоді як молодші зразки мають більше холодного, летючого матеріалу.
Ця закономірність свідчить про те, що регіони, де сформувалися перші тверді об’єкти, відомі як планети, вже віддають перевагу термічно сформованим хондрам, виключаючи більшу частину мерзлого ґрунту.
Пошук доказів першого мільйона років
Було важко підтвердити, що сталося протягом перших мільйонів років існування Сонячної системи, оскільки з того періоду не збереглося жодного цілого тіла. Тому вчені не мали прямого способу визначити початковий баланс між хондрами та матрицею в цих найдавніших об’єктах.
Гревал і його колеги підійшли до цієї проблеми, досліджуючи хімічні сигнатури, що збереглися в залізних метеоритах із зовнішньої частини Сонячної системи.
Батьківські тіла цих метеоритів містили стільки радіоактивного алюмінію-26, що з часом вони повністю розплавилися. Цей процес видалив фізичні структури, які могли виявити те, що спочатку містили тіла.
Однак їх хімічний склад все ще містив корисну інформацію.
Дослідники ідентифікували два незалежних хімічних сліди, пов’язані з матрицею. Одним з них була сірка, яка має високу концентрацію в матриці. Іншим був ступінь окислення заліза, який міг вказати, скільки водяного льоду та окисленого пилу було включено в ядро.
Метеорити виявляють багатий початок хондр
Використовуючи ці два маркери, команда реконструювала склад тіла древніх батьків. Вони підрахували, що матриця складала лише від 8% до 17% вихідного матеріалу порівняно з усіма відомими хондритами.
Це означає, що в решті матеріалу переважали хондри.
«Обидва сліди незалежно один від одного говорять про одну історію: ці ранні планети були надзвичайно бідними на матрицю», — сказав Ґревал. «Ця конвергенція стабілізує результат».
Знахідки також можуть вирішити ще одну головоломку, пов’язану із записом метеорита. Дуже старі хондри дивують сьогодні, хоча їх було багато в ранній історії Сонячної системи.
За словами Гревала, багато з цих стародавніх хондр, ймовірно, входили до першого покоління планет. Потім ці тіла розплавилися, знищивши фізичні докази та ускладнивши пошук найстаріших хондр у вцілілих метеоритах.
Відновлення народження планетних тіл
Результати показують, що процес сортування та сортування інгредієнтів планети почався приблизно в той самий час, коли утворювалися тверді речовини. Замість змішування хондр і крижаного пилу молода Сонячна система віддала перевагу хондрам на деяких зі своїх перших планет.
«Ці маленькі шматочки каміння, які розкидані всюди, є основними будівельними блоками, з яких зрештою збираються самі планети», — сказав Ґревал. «І тепер ми знаємо, що вони були розділені з самого початку на перше покоління твердих речовин».
Співавторами дослідження є Чжунтіан Чжан з Прінстонського університету та Джоанна Джковська з німецького Інституту дослідження сонячної системи Макса Планка.
Фінансування дослідження було отримано від Єльського університету.
