Найденный в Северо-Западной Африке метеорит опровергает давние представления о темпах формирования планет в Солнечной системе, согласно новому исследованию. Ученые установили, что этот древний камень, образовавшийся более 4,56 миллиарда лет назад, доказывает: процессы формирования планет во внешних областях Солнечной системы начались так же быстро, как и ближе к Солнцу.
В исследовании, опубликованном в журнале Communications Earth & Environment, ученые проанализировали редкий метеорит под названием Northwest Africa (NWA) 12264. Оказалось, что его родительское тело — полностью сформированная протопланета за пределами Юпитера — было активным уже в самые ранние моменты существования Солнечной системы. Эти данные противоречат общепринятой гипотезе о том, что планеты внешней Солнечной системы формировались медленнее из-за более низких температур и высокого содержания льда. Вместо этого исследование предполагает, что образование планетезималей было синхронным процессом, охватывающим всю систему.
«Этот образец, NWA 12264, сформировался на протопланете первого поколения во внешней Солнечной системе«, — пишут авторы исследования. «Это самая древняя магматическая порода из внешней Солнечной системы, изученная на сегодняшний день, и она дает важные данные о времени дифференциации самых ранних протопланет за пределами снеговой линии«.
Десятилетиями считалось, что формирование Солнечной системы происходило по разным сценариям: каменистые планеты, такие как Земля, Марс и Венера, образовались быстро и близко к Солнцу, а ледяные гиганты и их спутники формировались медленнее на более далеких орбитах. Эта теория основывалась как на астрономических моделях, так и на химическом анализе метеоритов. Однако новый анализ NWA 12264 опровергает эту идею.
Метеорит относится к дунитам — породам, типичным для мантии планет. В нем обнаружены изотопные признаки, указывающие на то, что он образовался на крупной протопланете с металлическим ядром и силикатной мантией, подобной земной. Ключевым моментом стало радиометрическое датирование минералов, которое показало, что метеорит сформировался всего через несколько миллионов лет после рождения Солнечной системы.
С помощью высокоточных методов свинцово-свинцового (Pb-Pb) и алюминий-магниевого (Al-Mg) датирования ученые установили возраст NWA 12264 — около 4 569,8 ± 4,6 миллиона лет, что делает его древнее всех ранее изученных пород внешней Солнечной системы. Метод алюминий-магниевого датирования дал немного меньший возраст — 4 564,44 ± 0,30 миллиона лет, но оба значения значительно опережают данные по другим известным метеоритам внешней системы.
Даже с учетом возможных погрешностей данные по NWA 12264 ясно указывают, что его родительское тело — древняя, ныне разрушенная протопланета — должно было сформироваться, дифференцироваться и распасться в очень короткие сроки, вероятно, в первые миллионы лет существования Солнечной системы.
«Эти результаты отодвигают самые ранние известные сроки дифференциации во внешней Солнечной системе примерно на 2 миллиона лет«, — отмечают авторы. «Они подтверждают новые модели и бросают вызов текущей парадигме, согласно которой протопланеты во внешней Солнечной системе аккрецировались медленнее и дифференцировались позже, чем их аналоги во внутренней системе«.
Происхождение метеорита связано с так называемым углеродистым хондритовым (CC) резервуаром — областью, расположенной за линией водяного льда («снеговой линией») в протопланетном диске. Эта граница долгое время считалась разделом между «сухими» и «влажными» зонами Солнечной системы. Однако данные по NWA 12264 показывают, что обе зоны могли эволюционировать параллельно и быстро.
Открытие подтверждает недавние наблюдения молодых звездных систем с помощью массива ALMA, где астрономы обнаружили кольца и разрывы в протопланетных дисках, указывающие на одновременное формирование планетезималей на разных расстояниях от звезды.
«Эти данные поддерживают гипотезу, что образование планетезималей на больших гелиоцентрических расстояниях могло быть обычным явлением в ранней Солнечной системе«, — говорится в исследовании. «Это также помогает объяснить синхронность аккреции и дифференциации тел внутренней и внешней Солнечной системы«.
Ученые также обнаружили химические и изотопные сходства между NWA 12264 и другими редкими группами метеоритов, такими как палласит Милтон и железные метеориты South Byron Trio. Это позволяет предположить, что все эти фрагменты могут происходить от одного древнего планетарного тела или соседних объектов, сформировавшихся в сходных условиях.
Хотя NWA 12264 пока остается единственным известным образцом своего типа, ученые не исключают, что другие подобные фрагменты уже находятся в коллекциях или ждут своего открытия. Например, метеорит NWA 7822 имеет схожую структуру, но отличается по химическому составу, что может указывать на существование еще одной дифференцированной протопланеты во внешней Солнечной системе.
Столь быстрое формирование крупных тел, способных к плавлению и расслоению, требует особых условий. В случае NWA 12264 его родительское тело, вероятно, содержало мало воды, что уменьшало рассеивание тепла и ускоряло дифференциацию — в отличие от типичных представлений о материалах внешней Солнечной системы.
Помимо пересмотра временных рамок формирования Солнечной системы, это исследование имеет важные последствия для изучения экзопланет. Если внутренние и внешние области нашей системы развивались одновременно, то же самое может быть справедливо и для других звездных систем. Это означает, что обитаемые планеты могут формироваться быстрее и в большем количестве, чем считалось ранее.
В конечном итоге древние метеориты, подобные NWA 12264, остаются одними из самых надежных «капсул времени», хранящих ключи к пониманию загадочного и бурного рождения планет.
«NWA 12264 представляет собой фрагмент мантии исчезнувшей протопланеты внешней Солнечной системы«, — пишут исследователи. «Однако это исследование показывает, что процессы дифференциации на уровне протопланет в углеродистой области могли быть более распространенными, чем предполагалось ранее«.