Новое исследование, проведённое учёными Йельского университета, показало, что на заре формирования Солнечной системы её твёрдые тела строились преимущественно из нагретого материала. Речь идёт о хондрулах — миллиметровых каменных шариках, образовавшихся при высоких температурах, и матрице — холодной мелкозернистой пыли, богатой водяным льдом и органическими веществами. Согласно результатам работы, опубликованной 18 сентября в журнале Nature Astronomy, уже в первый миллион лет существования Солнечной системы хондрулы активно включались в состав формирующихся объектов.
До сих пор учёные могли фиксировать подобное разделение материала только у тел, возникших спустя 2–4 миллиона лет после начала формирования Солнечной системы. Теперь же получены первые геохимические доказательства того, что этот процесс избирательного накопления начался практически сразу. «Наша работа показывает, что процесс сборки был удивительно избирательным с самого начала, — приводит слова Даманвира Гревала, доцента кафедры наук о Земле и планетах Йельского факультета искусств и наук и первого автора исследования. — Самые ранние тела во внешней Солнечной системе состояли на 83–92% из хондрул, и лишь малая доля приходилась на богатую льдом и летучими веществами пыль, которая преобладает в более поздних объектах».
Хондрулы представляют собой небольшие каменные сферы, встречающиеся внутри хондритов — одних из самых примитивных метеоритов, сохранившихся в геологических коллекциях. Эти микроскопические структуры дают учёным прямую физическую связь с ранними этапами истории Солнечной системы. «Их можно держать в руке и понимать, что они были частью процесса, начавшегося миллиарды лет назад, — отметил Гревал. — Это временной масштаб, который трудно осознать».
Давно известно, что углеродистые хондриты (примитивные каменные метеориты, содержащие органические соединения и воду среди силикатных минералов) из внешней Солнечной системы демонстрируют зависимость состава от возраста. Более древние образцы содержат больше хондрул и меньше матрицы, тогда как в более молодых преобладает холодный материал, богатый летучими веществами. Эта закономерность указывала на то, что области формирования первых твёрдых тел, называемых планетезималями, уже отдавали предпочтение нагретым хондрулам, оттесняя большую часть ледяной пыли.
Подтвердить, что происходило в первый миллион лет, было сложно, поскольку не сохранилось недифференцированных тел того периода. Гревал с коллегами решили задачу, изучив химические следы в железных метеоритах из внешней Солнечной системы. Родительские тела этих метеоритов содержали столько радиоактивного алюминия-26, что в итоге полностью расплавились, уничтожив физические структуры. Однако химический состав сохранил информацию: исследователи использовали два независимых индикатора, связанных с матрицей, — серу, которая концентрируется в матрице, и степень окисления железа, указывающую на количество водяного льда и окисленной пыли в исходном теле. Расчёты показали, что матрица составляла лишь 8–17% их первоначального материала — меньше, чем в любых известных хондритах, а остальное приходилось на хондрулы. «Оба индикатора независимо говорят одно и то же: эти ранние планетезимали были удивительно бедны матрицей, — сказал Гревал. — Именно это совпадение делает результат надёжным».
Полученные данные помогают объяснить и другую загадку метеоритной летописи: очень древние хондрулы сегодня встречаются на удивление редко, хотя, судя по всему, были многочисленны в ранней Солнечной системе. По мнению Гревала, многие из них вошли в состав первого поколения планетезималей, которые затем расплавились, уничтожив физические свидетельства. Это затрудняет поиск древнейших хондрул в сохранившихся метеоритах. Результаты указывают на то, что разделение и отбор планетных компонентов начались почти сразу с появлением твёрдых тел: вместо равномерного смешивания хондрул и ледяной пыли молодая Солнечная система отдавала явное предпочтение хондрулам. «Эти повсеместно встречающиеся маленькие каменные бусины — базовые строительные блоки, из которых в итоге собрались сами планеты, — подчеркнул Гревал. — И теперь мы знаем, что они сортировались и включались в первое поколение твёрдых тел с самого начала». Соавторами работы выступили Чжунтянь Чжан из Принстонского университета и Иоанна Дронжковская из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка в Германии. Финансирование исследования предоставил Йельский университет.