Приблизно 4,6 мільярда років тому Сонячна система починалася як гігантська хмара газу та пилу. Протягом наступних кількох мільйонів років ця «сонячна туманність» різко змінилася. Хмара зруйнувалась і сплющилася в диск, зрештою утворивши сонце в центрі та планети, які утворилися навколо нього.
Гравітація довгий час вважалася основною силою цієї трансформації. Але нові дослідження MIT показують, що магнетизм також може бути важливою частиною процесу.
Вчені знайшли докази стародавніх магнітних полів, що збереглися в деяких із найстаріших метеоритних матеріалів, які коли-небудь ідентифікували. Дослідники досліджували мікроскопічні зерна всередині метеорита, виявленого в Антарктиді в 2008 році. Ці зерна, відомі як багаті кальцієм і алюмінієм, або CAI, утворилися протягом перших 200 000 років існування Сонячної системи і являють собою найстаріший відомий матеріал того періоду.
Їхні магнітні сигнатури вказують на те, що під час фази сонячної туманності було велике магнітне поле. Дослідники припускають, що це поле було сильніше, ніж сучасне магнітне поле Землі, і, можливо, допомогло перемістити первісний матеріал усередину під час формування молодого сонця.
Бенджамін Вайс, Массачусетський технологічний інститут Роберт Р. Професор наук про Землю та планети. «Довгий час вважалося, що причиною є гравітація, але наші вимірювання показують, що магнетизм, ймовірно, відіграв певну роль».
Про висновки повідомляється у виданні Збірники Національної академії ім. Разом із Вайсом, співавторами дослідження Массачусетського технологічного інституту є перший автор Кауе Борліна, доктор філософії ’22, Еліас Мансбах, доктор філософії ’24 і Ніланджан Чаттерджі. Серед інших співавторів – Сюе-Нін Бай з Університету Цінхуа, По-Єн Тунг і Річард Харрісон з Кембриджського університету, Франсуа Тіссо з Каліфорнійського технологічного інституту та Кевін МакКіган з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі.
Як міг працювати ранній сонячний магнетизм
Магнітні поля виникають під час руху електрично зарядженої речовини. На початку формування Сонячної системи руйнуюча хмара газу та пилу могла створити плазму, що містить заряджені частинки. Коли ці частинки подорожували крізь розвиваючий диск, вони могли створювати та підтримувати магнітне поле.
Якби магнітне поле існувало, міркували Вайс та його колеги, воно мало б залишити постійний відбиток на частині матеріалу, утвореного всередині диска. Коли цей матеріал конденсувався, крихітні магнітні мінерали змогли зафіксувати силу навколишнього поля. Якщо ці мінерали вижили мільярди років і врешті-решт досягли Землі, їх «залишкова намагніченість» могла б стати доказом того, що магнетизм існував у молодій Сонячній системі та вплинув на її розвиток.
Дослідники вже знайшли докази магнетизму приблизно через 2 мільйони років після формування Сонячної системи. У той час вчені вважають, що Сонце вже було сформоване і планети зійшлися разом. Ця попередня робота показала, що магнітні поля можуть сприяти формуванню планет.
Борліна, який керував новим дослідженням як аспірант Массачусетського технологічного інституту, а зараз є доцентом Університету Пердью, каже: «Сьогодні люди не сперечаються про наявність магнетизму під час формування планет. Але дебати точаться навколо дуже ранньої Сонячної системи, до формування планет, коли був лише диск». «Там ще тривають дебати, і ми зараз над цим працюємо».
Метеорит з незвичайним рекордом
Нещодавні дослідження відсунули пошуки ще далі, зосередившись на тому, чи існує магнетизм, коли саме сонце все ще обплетене.
Дослідники вивчали зразки DOM 08006, метеорита, знайденого в 2008 році в Домініоні, хребті вздовж Східно-Антарктичного льодовикового щита. З моменту свого відкриття метеорит широко вивчався через його незвичайний початковий склад.
DOM 08006 містить мінеральні зерна з ранніх етапів формування Сонячної системи, можливо, до того, як Сонце було повністю сформовано. Цікаво, що метеорит зберіг більшу частину свого мінерального складу, незважаючи на мільярди років історії Сонячної системи.
«Інші метеорити зазнали різних процесів протягом своєї 4,5 мільярдної історії», — каже Вайс. «Вони були сформовані в сонячній туманності, потім додані до тіл з водою, потім знищені, перемістилися в пояс астероїдів і потім приземлилися тут. Але в будь-якому випадку DOM зазнав менше змін, ніж інші метеорити».
Це незвичайне збереження зробило DOM 08006 особливо перспективним місцем для пошуку доказів магнітних полів ранньої Сонячної системи.
Якщо таке поле існує, його ознаки все ще можуть зберігатися в деяких CAI метеоритів.
«Ми знаємо, що це найдавніші речі в ранній Сонячній системі», — каже Борліна. «Але CAI дуже складні, і не всі однакові, навіть у межах шматка метеорита розміром 1 міліметр. Тому нам потрібно ретельно визначити, що це таке».
Магнітне поле сильніше земного
Використовуючи маленькі шматочки оригінального метеорита, команда відокремила дрібні мінеральні зерна та ідентифікувала кілька CAI, які містять природні магнітні мінерали, включаючи залізо. Потім дослідники провели серію тестів, щоб визначити, чи зберігають зерна свій давній магнетизм.
Вони виявили сліди магнітного поля, записаного всередині мінералів. За цими вимірюваннями команда оцінює, що рання Сонячна система мала магнітне поле, яке коливалося приблизно від 150 до 600 мікротесла. Це приблизно в 3-12 разів сильніше за поточне магнітне поле Землі.
Результат свідчить про те, що магнетизм відігравав важливу роль у контролі руху матеріалу через протопланетний диск під час формування Сонця.
«Ми вважаємо, що такі види магнітних полів допомогли б транспортувати газ із протопенетарного диска до цієї центральної зірки, Сонця», — сказала Борліна. «Гравітація також відіграє певну роль. Але тепер ми показуємо, що якщо ви хочете повністю зрозуміти, як утворилися Сонце та планети, вам потрібно включити магнітні поля до компонентів, які їх складають».
Це дослідження було частково підтримано НАСА.
