Метеорити показали, що речовина Сонячної системи сортувалася за розміром від самого початку

Нове дослідження найдавніших метеоритних матеріалів показує, що протопланетний диск молодої Сонячної системи не був однорідною сумішшю пилу та камʼяних частинок. Різні компоненти вже на ранньому етапі рухалися й накопичувалися по-різному залежно від своїх фізичних властивостей. Це так зване аеродинамічне сортування могло визначати склад перших планетезималей — невеликих тіл, із яких згодом виросли планети.

Дослідники звернулися до вуглецевих метеоритів, повʼязаних із зовнішніми областями ранньої Сонячної системи. Такі породи містять суміш дрібнозернистої матриці, багатої леткими речовинами, і хондр — округлих частинок, які колись були розплавленими краплями. Співвідношення цих компонентів дає інформацію про умови, за яких формувалися батьківські тіла метеоритів.

Хімія допомогла зазирнути у перші мільйони років

Для найдавніших планетезималей пряме визначення частки дрібної матриці складне, тому науковці використали два незалежні хімічні індикатори. Першим був загальний вміст сірки, повʼязаний із запасами помірно летких речовин. Другим — валентний стан заліза, який несе інформацію про кількість водяного льоду та окиснених силікатних компонентів до формування самого тіла.

Обидва методи привели до подібного результату: найдавніші батьківські тіла вуглецевих залізних метеоритів містили значно менше дрібної матриці, ніж пізніші батьківські тіла вуглецевих хондритів. Оцінена масова частка матриці становила лише близько 8–17 відсотків. У тілах, що сформувалися пізніше, її частка в середньому зростала.

Ця закономірність добре узгоджується з аеродинамічним сортуванням у газовому диску. Великі й дрібні частинки по-різному взаємодіють із газом, мають різні швидкості радіального дрейфу та неоднаково концентруються у локальних структурах. У результаті планетезималі, що виникають у різний час і в різних ділянках диска, можуть отримувати відмінний набір будівельного матеріалу навіть без радикальної зміни загального хімічного складу диска.

Чому це змінює картину формування планет

Раніше звʼязок між віком батьківського тіла та часткою матриці добре простежувався для обʼєктів, які сформувалися через кілька мільйонів років після появи найдавніших твердих включень Сонячної системи. Нове дослідження переносить цей процес ще далі в минуле й показує, що сортування діяло вже під час формування найперших планетезималей.

Звідси випливає ще один важливий висновок: хондри повинні були утворюватися дуже рано й бути поширеним компонентом протопланетного диска майже від самого початку. Це накладає додаткові обмеження на моделі їхнього походження, адже механізм нагрівання пилу до температур плавлення мав працювати ще тоді, коли Сонячна система була в надзвичайно молодому стані.

Аеродинамічне сортування могло впливати не лише на склад малих тіл, а й опосередковано на майбутні планети. Різні співвідношення силікатів, металів, води та летких речовин у планетезималях визначають, скільки цих компонентів отримує планета під час росту. Тому сучасні відмінності між планетами можуть частково походити від процесів, які почалися ще до того, як сформувалися великі зародки планет.

Метеорити в цьому випадку працюють як архів ранньої Сонячної системи. Їхня хімія зберігає сліди руху газу й пилу в диску, який давно зник, і дозволяє відновлювати фізику перших мільйонів років нашого планетного оточення значно точніше, ніж це можливо лише за теоретичними моделями.