Около четырех с половиной миллиардов лет назад Юпитер быстро увеличился в размерах до тех, что наблюдаются сегодня. Его сильная гравитация повлияла на орбиты небольших каменных и ледяных объектов, аналогичных современным астероидам и кометам, именуемых планетезималями. Это приводило к столкновениям этих тел на высоких скоростях, в результате которых содержащиеся в них камни и пыль плавились и превращались в плавающие капли расплавленной породы, известные как хондры, которые мы находим в метеоритах и сегодня.
Исследователи из Университета Нагои в Японии и Итальянского национального института астрофизики впервые определили, позволило установить, как образовались эти капли, и на его основе был произведен точный подсчет времени формирования Юпитера. Данное исследование, опубликованное в Scientific Reports, полученные данные демонстрируют, что размеры и скорость охлаждения хондр в космическом пространстве зависят от количества воды, содержащейся в сталкивающихся планетезималях. Это согласуется с результатами анализа метеоритов и подтверждает, что образование хондр стало следствием процессов формирования планет.
Хондры, представляющие собой сферы небольшого размера (диаметром от 0,1 до 2 миллиметров), сформировались в астероидах в процессе становления Солнечной системы. Спустя миллиарды лет фрагменты этих астероидов откололись и достигли Земли в виде метеоритов. Круглая форма хондр долгое время оставалась загадкой для учёных.
«Столкновения планетезималей приводили к тому, что вода немедленно превращалась в расширяющийся пар. Этот процесс напоминал небольшие взрывы, которые разрушали расплавленную силикатную породу на мельчайшие капли, обнаруженные сегодня в метеоритах», — так пояснил соавтор исследования профессор Син-ити Сироно из Нагойского университета.
Ранее предложенные концепции не позволяли понять особенности хондр, однако данная модель учитывает условия, которые могли сложиться в ранней Солнечной системе на этапе формирования Юпитера. Ученые создали компьютерное моделирование роста Юпитера, чтобы выяснить, как его гравитация вызывала быстрые столкновения между планетезималями, содержащими камни и воду, в ранней Солнечной системе.
«Сравнительный анализ характеристик и количества смоделированных хондр с имеющимися данными о метеоритах показал, что разработанная модель самостоятельно воспроизводит реалистичные хондры. Кроме того, она демонстрирует, что формирование хондр связано с активным накоплением туманного газа, необходимого для достижения Юпитером его внушительных размеров. Учитывая, что данные о метеоритах указывают на пик формирования хондритов через 1,8 миллиона лет после возникновения Солнечной системы, именно в этот период сформировался Юпитер», — отметил доктор Диего Туррини, один из авторов исследования.
Данное исследование позволяет лучше понять, каким образом возникла Солнечная система. Однако формирование хондр, которое началось в период становления Юпитера, было слишком кратковременным, чтобы объяснить наличие в метеоритах хондр, относящихся к разным эпохам. Вероятно, образование хондр происходило и при формировании других планет-гигантов, например Сатурна.
Анализ хондр различного возраста даёт возможность установить последовательность формирования планет и разобраться в эволюции Солнечной системы. Кроме того, такое исследование позволяет сделать вывод о том, что схожие процессы, связанные с формированием планет, могут происходить и вокруг других звёзд.
[Фото: Akira Miyake, Kyoto University]