Древние метеориты раскрыли мощную силу, которая помогла сформировать Солнечную систему
Микроскопические зёрна древнего метеорита, сохранившие следы магнитного поля ранней Солнечной системы.
Древние зёрна метеоритов показали, что мощный магнетизм мог участвовать в формировании Солнечной системы с самого её начала.
Около 4,6 млрд лет назад Солнечная система представляла собой огромное облако газа и пыли. За несколько миллионов лет эта «солнечная туманность» сильно изменилась: облако сжалось и сплющилось в диск, в центре которого в итоге возникло Солнце, а вокруг него — планеты.
Долгое время главной силой этого превращения считалась гравитация. Однако новое исследование MIT позволяет предположить, что магнетизм тоже был важной частью процесса.
Учёные нашли следы древних магнитных полей, сохранившиеся в одном из самых старых метеоритных материалов из когда-либо найденных. Исследователи изучали микроскопические зёрна внутри метеорита, обнаруженного в Антарктиде в 2008 году. Эти зёрна, известные как включения, богатые кальцием и алюминием (CAI), сформировались в первые 200 000 лет существования Солнечной системы и представляют собой самый древний известный материал того периода.
Их магнитные сигнатуры указывают на то, что уже на стадии солнечной туманности существовало существенное магнитное поле. По оценкам исследователей, оно было сильнее магнитного поля Земли сегодня и могло помогать перемещать первичное вещество внутрь по мере формирования молодого Солнца.
«Этот переход от сферического облака к протопланетному диску — одно из самых значимых событий во всей истории Солнечной системы, — говорит Бенджамин Вайс, профессор наук о Земле и планетах имени Роберта Р. Шрока в MIT. — Долгое время считалось, что причиной была гравитация, но наши измерения показывают, что магнетизм, вероятно, тоже сыграл роль».
Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Помимо Вайса, соавторами от MIT выступили первый автор Кауэ Борлина (PhD ’22), Элиас Мансбах (PhD ’24) и Ниланджан Чаттерджи. Среди других участников — Сюэ-Нин Бай из Университета Цинхуа, По-Йен Тунг и Ричард Харрисон из Кембриджского университета, Франсуа Тиссо из Caltech и Кевин Маккиган из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Как мог работать ранний солнечный магнетизм
Магнитные поля возникают при движении электрически заряженного вещества. На самой ранней стадии формирования Солнечной системы сжимающееся облако газа и пыли могло создавать плазму с заряженными частицами. Когда эти частицы циркулировали в формирующемся диске, они могли создавать и поддерживать магнитное поле.
Если магнитное поле существовало, рассуждали Вайс и коллеги, оно должно было оставить долгий отпечаток на части материала, формировавшегося в диске. При конденсации этого материала крошечные магнитные минералы могли записать силу окружающего поля. Если эти минералы пережили миллиарды лет и в итоге попали на Землю, их «остаточная намагниченность» могла бы стать доказательством того, что магнетизм существовал в молодой Солнечной системе и влиял на её развитие.
Ранее исследователи уже находили следы магнетизма примерно через 2 млн лет после начала формирования Солнечной системы. К тому моменту, как считается, Солнце уже сформировалось, а планеты начинали собираться. Та работа позволяла предположить, что магнитные поля могли способствовать образованию планет.
«Сегодня никто не спорит о том, есть ли магнетизм при формировании планет. Но спор идёт о самом раннем этапе, до образования планет, когда есть только диск, — говорит Борлина, который руководил новым исследованием будучи аспирантом MIT, а сейчас является доцентом Университета Пердью. — Именно там дискуссия продолжается, и именно там мы работаем».
Метеорит с необычно нетронутой историей
Новое исследование продвинуло поиск ещё дальше в прошлое, сосредоточившись на том, существовал ли магнетизм, пока само Солнце ещё формировалось.
Исследователи изучили образцы метеорита DOM 08006, найденного в 2008 году в хребте Доминион — горной цепи вдоль Восточно-Антарктического ледяного щита. С момента обнаружения метеорит активно изучали из-за его необычно примитивного состава.
DOM 08006 содержит минеральные зёрна с самых ранних стадий формирования Солнечной системы — возможно, сохранившиеся ещё до того, как Солнце полностью сформировалось. Примечательно, что метеорит удержал большую часть исходного минерального состава, несмотря на миллиарды лет существования.
«Другие метеориты пережили множество разных процессов за эту 4,5-миллиардную историю, — говорит Вайс. — Они формировались в солнечной туманности, затем попадали в тела с водой, разрушались, перемещались в пояс астероидов и в конце концов падали здесь. Но DOM почему-то испытал меньше изменений, чем любой другой метеорит».
Эта необычная сохранность сделала DOM 08006 особенно перспективным местом для поиска следов магнитных полей самой ранней Солнечной системы.
Если такое поле существовало, его подпись могла сохраниться в CAI-включениях метеорита.
«Мы знаем, что это самые древние вещи, которые у нас есть от ранней Солнечной системы, — говорит Борлина. — Но CAI очень сложны и не одинаковы даже в пределах миллиметрового кусочка метеорита. Поэтому нам приходится тщательно определять их типы».
Магнитное поле сильнее земного
Используя небольшие фрагменты исходного метеорита, команда отделила крошечные минеральные зёрна и выявила несколько CAI, содержащих естественно магнитные минералы, включая железо. Затем исследователи провели серию тестов, чтобы определить, сохранили ли эти зёрна древний магнетизм.
Внутри минералов они нашли следы магнитного поля. По этим измерениям команда оценила магнитное поле ранней Солнечной системы примерно в 150–600 микротесла. Это примерно в три–двенадцать раз сильнее магнитного поля Земли сегодня.
Результат позволяет предположить, что магнетизм мог играть значимую роль в том, как вещество двигалось через протопланетный диск, пока формировалось Солнце.
«Мы думаем, что такие магнитные поля помогали перемещать газ из протопланетного диска к центральной звезде — Солнцу, — говорит Борлина. — Гравитация тоже играет роль. Но теперь мы показываем, что для полного понимания того, как сформировались Солнце и планеты, магнитные поля нужно включать в список составляющих».
Это исследование частично поддержано NASA.
