Ранні етапи формування планети, можливо, були набагато більш вибірковими, ніж колись уявляли вчені. Коли молода Сонячна система почала збирати тверді об’єкти, такі як планети, супутники та протопланети, стали доступними два основних типи матеріалів. Одна з них — це хондрула, шматок гірської породи розміром міліметра, утворений при високих температурах. Інший — це матриця, холодний дрібнозернистий пил, багатий водяним льодом і органічними речовинами.

Нове дослідження, проведене Єльським університетом, показує, що Сонячна система майже відразу віддала перевагу термоформованим матеріалам.

Дослідники знайшли перші геохімічні докази того, що хондри вже переважно включені в тверді тіла протягом першого мільйона років Сонячної системи. Досі вчені могли зафіксувати цей тип класифікації лише в об’єктах, які утворилися через 2-4 мільйони років після виникнення Сонячної системи.

Дослідження було опубліковано 18 вересня. природна астрономія.

Сонячна система від початку була вибірковою.

«Наше дослідження показує, що цей процес збирання був вражаюче вибірковим із самого початку», — сказав Даманвір Гревал, доцент кафедри наук про Землю та планети в Школі гуманітарних наук і наук Єльського університету та провідний автор дослідження. «Найдавніші об’єкти зовнішньої частини Сонячної системи складаються з 83% до 92% хондр, з дуже невеликою кількістю крижаного пилу, багатого летючими речовинами, який домінує в об’єктах, що утворилися пізніше».

Хондри — це невеликі кульки гірської породи, знайдені всередині хондритів, які є одними з найпримітивніших метеоритів, що зберігаються в геологічних колекціях. Ці невеликі структури забезпечують вченим прямий фізичний зв’язок із ранніми стадіями Сонячної системи.

«Коли ви берете їх у руки, ви знаєте, що вони почалися як частина процесу, який розпочався мільярди років тому», — сказав Ґрувал. «Це складний термін, щоб обернути голову».

Вчені давно знають, що вугільні хондрити (примітивні кам’янисті метеорити, що містять органічні сполуки та воду в силікатних мінералах) у зовнішній частині Сонячної системи демонструють закономірності, пов’язані з віком. Старі зразки, як правило, мають більшу частку хондр і менше матриці, тоді як молодші зразки містять більше холодних і летючих матеріалів.

Ця закономірність свідчить про те, що регіони, де формувались перші тверді об’єкти, відомі як планетезималі, вже сприяли термічно сформованим хондрам, тоді як значна частина крижаного пилу була виключена.

Шукаємо докази першого мільйона років

З’ясувати, що відбувалося протягом першого мільйона років Сонячної системи, було важко, оскільки не залишилося жодних недиференційованих об’єктів тієї епохи. Тому вчені не мали прямого способу визначити початковий баланс хондр і матриці в цих ранніх об’єктах.

Гревал і його колеги підійшли до цього питання, вивчивши хімічні підказки, що збереглися в залізних метеоритах із зовнішньої частини Сонячної системи.

Батьківські тіла, представлені цими метеоритами, містили стільки радіоактивного алюмінію-26, що з часом вони повністю розплавилися. Цей процес стер будь-які фізичні структури, які могли виявити, що спочатку містило їхні тіла.

Однак ці хімічні реакції все ще зберегли корисну інформацію.

Дослідники ідентифікували два незалежні хімічні індикатори, пов’язані з матрицею. Одним з них є висока концентрація сірки в матриці. Інший – це ступінь окислення заліза, який може вказувати, скільки водяного льоду та окисленого пилу було включено в оригінальне тіло.

Метеорити виявляють початок великої кількості хондр

Використовуючи ці два маркери, команда реконструювала композицію стародавнього материнського об’єкта. Вони підрахували, що матриця складала лише від 8% до 17% вихідного матеріалу. Це менша частка, ніж була виміряна у відомих хондритах.

Іншими словами, матеріал, що залишився, переважно складався з хондр.

«Обидва індикатори незалежно один від одного розповідають одну і ту ж історію; ці ранні планетезималі мали значно біднішу матрицю», — сказав Гревал. «Ця конвергенція робить результати надійними».

Відкриття також може розгадати ще одну таємницю про метеорит. Дуже старі хондри, здається, були в великій кількості в ранній історії Сонячної системи, але сьогодні зустрічаються напрочуд рідко.

За словами Гревала, багато з цих стародавніх хондр, ймовірно, були вбудовані в перше покоління планетезималей. Потім їхні тіла розплавилися, знищивши фізичні докази та значно ускладнивши пошук найдавніших хондр серед уцілілих метеоритів.

Відтворення народження планетарного тіла

Цей результат вказує на те, що процес поділу та відбору планетних компонентів почався майже одночасно з початком утворення твердої речовини. Замість рівномірного поєднання хондр і крижаного пилу молода Сонячна система віддавала перевагу хондрам у деяких своїх ранніх планетезималях.

«Ці всюдисущі крихітні кульки каміння є фундаментальними будівельними блоками, з яких зрештою буде зібрана сама планета», — сказав Грюал. «І тепер ми знаємо, що вони вже були класифіковані та включені в тверді речовини першого покоління з самого початку».

Співавторами дослідження є Zhongtian Zhang з Прінстонського університету та Joanna Drążkowska з Інституту Макса Планка з дослідження сонячної системи в Німеччині.

Фінансування дослідження надав Єльський університет.