Ранний этап существования Солнечной системы до сих пор остаётся малоизученным. От тех времён сохранилось немного свидетельств, поэтому учёные строят различные теории о процессах, происходивших тогда. Одна из таких теорий пытается ответить на простой вопрос: что преобладало в молодой системе — «огонь» или «лёд». Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astrophysics, даёт однозначный ответ: ранняя Солнечная система выбрала «огонь». Ведущим автором работы выступил Даманвир Гревал, доцент кафедры наук о Земле и планетах Йельского университета, вместе с соавторами.
Разумеется, сравнение с «огнём» и «льдом» — это сильное упрощение. В действительности авторы статьи изучали соотношение так называемых хондр (chondrules), которые формировались в условиях «огня», и матриц (matrices), образовавшихся во «льду». Хондры представляют собой миллиметровые кусочки твёрдой породы, возникшие, когда сгустки пыли в космическом вакууме подвергались экстремальному нагреву, например из-за мощных ударных волн от сверхновых. Затем они плавились в жидкие капли и быстро остывали, превращаясь в подобие крошечной гальки, причём в больших количествах.
Матрицы, напротив, по неизвестной причине не испытали воздействия тех же ударных волн, что и хондры. Они состоят из «пушистых» пылевых зёрен, включающих много летучих веществ, в том числе водяной лёд. Почему именно они не были обработаны теми же ударными волнами, которые сформировали хондры, остаётся загадкой, однако в любом метеорите ранней Солнечной системы оба типа материала встречаются рядом друг с другом. Учёные уже давно знали, что на относительно ранних этапах существования системы (то есть через 2–4 миллиона лет после её образования) предпочтение «огня», то есть хондр, было заметным. Но доктор Гревал и его команда захотели заглянуть ещё дальше — в первые примерно миллион лет истории Солнечной системы.
К сожалению, твёрдых тел того возраста в неизменном состоянии сегодня не сохранилось. Причина — радиоактивный алюминий, точнее алюминий-26. Этот материал с периодом полураспада всего около 705 тысяч лет, вероятно, попал в Солнечную систему от nearby сверхновой, а когда он накапливался в ранних планетезималях, то буквально плавил их изнутри своим радиоактивным теплом. В результате внутреннее содержимое перемешивалось, и определить, из какого именно материала — хондр или матриц — состояло тело, становилось невозможно. Поэтому исследователи обратились к другим источникам данных. Железные метеориты ранней Солнечной системы, которые могли образоваться при сильных столкновениях с теми планетезималями, находят на Земле. В них есть два показателя, указывающих на исходное соотношение «огня» и «льда», — содержание серы и степень окисления железа.
Измерив эти значения и применив модели, объясняющие их формирование, исследователи обнаружили, что в железных метеоритах уровень матриц был крайне низким — всего 8–17%. Иными словами, льда в них было немного. Оба показателя указывали на одно и то же предпочтение «огня», демонстрируя, что даже на самых ранних стадиях Солнечная система тяготела к каменным шарикам. Это согласуется с физикой той эпохи: гигантский протопланетный диск, формировавшийся вокруг Солнца, действовал как огромная центрифуга. Центрифуги заставляют материалы схожей плотности слипаться, что и происходило с хондрами, позволяя им накапливаться в первые планетезимали. Более лёгкие и «пушистые» матрицы при этом сдувались и впоследствии объединялись в тела, формировавшиеся позже, например в кометы.
В целом эта работа представляет собой ещё один шаг вперёд в понимании ранней Солнечной системы и в значительной степени совпадает с прогнозами большинства планетологов. Однако остаётся много нерешённых вопросов: например, откуда именно взялся алюминий-26, расплавивший ранние планетезимали, или почему один материал мгновенно нагревался до состояния хондр, а другой — нет. Ответы на них потребуют дальнейших исследований или новых данных. Учитывая, насколько мало сохранилось от тех ранних этапов, учёным придётся придумывать всё более изобретательные подходы, чтобы их получить.