Древние пылевые частицы содержат магнитные подсказки о рождении Солнца

Фото из открытых источников

Эти мельчайшие пылинки, падающие на Землю во время метеорных потоков или попадающие в состав более крупных метеоритов, обнаруженных на Земле, могут содержать удивительные подсказки о формировании Солнца. Это связано с тем, что они фиксируют состояние магнитного поля в протозвездной туманности, из которой образовалась Земля (и в конечном итоге планеты).

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили следы чрезвычайно древнего магнетизма, запечатленные в образцах метеоритов. Они проанализировали зерна материала, называемые кальций-алюминиевыми включениями (CAI), обнаруженные в метеорите DOM 08006, найденном в Антарктиде в 2008 году. Эти включения образовались в течение первых 200 000 лет существования Солнечной системы. На сегодняшний день это самый древний из известных материалов ранней Солнечной системы. Вероятно, они существовали в то время, когда солнечная туманность еще только формировала Солнце, считает профессор Бенджамин Вайс из MIT. Их существование также является ключом к пониманию силы магнитного поля в протосолнечной туманности. 

«Другие метеориты прошли через множество различных процессов за эту 4,5 миллиарда лет истории», — сказал он. «Они образовались в солнечной туманности, затем объединились с телами, содержащими воду, затем были уничтожены, переместились в пояс астероидов, а затем упали сюда. Но почему-то метеорит DOM подвергся меньшим изменениям, чем любой другой метеорит».

История рождения Солнечной системы хорошо известна: гигантское облако газа и пыли, существовавшее более 4,6 миллиарда лет назад, начало объединяться в области с более высокой плотностью. В конце концов облако сколлапсировало в протопланетный диск, в центре которого находилось молодое Солнце. «Этот переход от сферического облака к протопланетному диску — одно из самых значительных событий за всю историю Солнечной системы», — сказал Вайс. «Долгое время существовала теория, что это произошло из-за гравитации, но наши измерения показывают, что магнетизм, вероятно, также сыграл свою роль».

Причины этого коллапса всегда оставались загадкой. Обычно в качестве подозреваемой называют гравитацию, поскольку она способна притягивать вещество друг к другу. Но была ли это единственная сила, повлиявшая на рождение Солнца, его планет, лун, астероидов и комет? Является ли она постоянной силой, формирующей планетные системы во всей Вселенной?

Оказалось, что магнитные поля сыграли свою роль. В звездообразующих туманностях они возникают в результате движения заряженных частиц в газе и пыли облака. Подобно гравитации, возникающие поля образуют невидимую силу, которая действовала на самых ранних этапах эволюции диска. В ранней Солнечной системе магнитное поле в диске было сильнее, чем поле Земли сегодня. И, как и на Земле, когда магнитные поля участвуют в образовании горных пород, следы этих ранних полей отпечатались на частицах каменистого материала Солнечной системы, которые в конечном итоге образовали астероиды, планетезималы и метеороиды, упавшие на Землю.

Модели магнитных полей в протопланетных дисках показывают, что такие поля могут влиять на структуру диска, а также на более мелкие частицы, плавающие в нем. Ученые предполагают, что они также вызывают турбулентность и выбросы в диске. Таким образом, они, по-видимому, сыграли роль в формировании Солнечной системы, приводя в движение намагниченные ветры.

Исследование Массачусетского технологического института было посвящено CAI и тому, как формировались следы их магнитного поля. Команда выдвинула две гипотезы. Первая заключается в том, что CAI сохраняли магнетизм при своем первоначальном формировании на ранней стадии формирования диска или во время кратковременных событий нагрева вскоре после образования. Второй сценарий предполагает, что CAI намагничивались во время событий нагрева на более поздних этапах эволюции протопланетного диска. В то время они представляли собой лишь небольшие фрагменты, поэтому это произошло до того, как они были поглощены более крупным телом.

Самые ранние магнитные поля, вызванные действием заряженных частиц в туманности, со временем превратились в более сильное, системное магнитное поле. Именно это более сильное поле оставило свой отпечаток на горных породах. «Мы считаем, что такие магнитные поля помогали перемещать газ из протопланетного диска к центральной звезде, Солнцу», — сказал Борлина. «Гравитация также играет свою роль. Но сейчас мы показываем, что, чтобы полностью понять, как образовались Солнце и планеты, необходимо учитывать магнитные поля как составляющие их структуры».

Предыдущие исследования магнитных полей в ранней Солнечной системе выявили одно из них, существовавшее через 2 миллиона лет после образования Солнца. В то время все предполагали, что Солнце уже находилось на своем месте, и формирование планет только начиналось. Очевидно, что раннее магнитное поле сыграло важную роль в формировании планетезималов, некоторые из которых в конечном итоге объединились, образовав планеты, которые мы знаем сегодня.

«В наши дни никто не спорит о наличии магнетизма в процессе формирования планет. Но дискуссия ведется вокруг самых ранних этапов развития Солнечной системы, до образования планет, когда существовал лишь диск», — сказал Кауэ Борлина из Университета Пердью. «Именно в этом вопросе дискуссия продолжается, и именно этим мы сейчас и занимаемся».