Загадочная дыра внутри протопланетного диска солнечной системы

Ученые нашли доказательства того, что в ранней Солнечной системе существовала пропасть между ее внутренней и внешней областями.

Космическая граница, вероятно, вызванная молодым человеком Юпитер Или возникающий ветер, который, вероятно, сформировал малые планеты.

В ранней Солнечной системе «протопланетный диск» из пыли и газа вращался вокруг Солнца и в конечном итоге объединился в планеты, которые мы знаем сегодня.

Новый анализ древних метеоритов учеными в С участием В другом месте они сообщают о загадочном промежутке в этом диске около 4,567 миллиарда лет назад, недалеко от того места, где сегодня находится пояс астероидов.

Результаты команды были опубликованы 15 октября 2021 года на сайте научный прогресс, предоставьте прямое свидетельство этого пробела.

«За последнее десятилетие наблюдения показали, что полости, зазоры и кольца являются обычным явлением в дисках вокруг других молодых звезд», — говорит Бенджамин Вайс, профессор планетных наук Департамента Земли, атмосферы и планет (EAPS) Массачусетского технологического института. «Это важные, но плохо изученные сигналы физических процессов, посредством которых газ и пыль превращаются в Солнце и молодые планеты».

Точно так же причина этого разрыва в нашей солнечной системе остается загадкой. Одна из возможностей заключается в том, что Юпитер мог иметь влияние. Когда образовался газовый гигант, его огромная гравитация могла подтолкнуть газ и пыль к краям, оставив зазор в проявляющемся диске.

Другое объяснение может быть связано с ветром, выходящим с поверхности диска. Ранние планетные системы подвержены сильным магнитным полям. Когда эти поля взаимодействуют с вращающимся диском из газа и пыли, они могут создавать достаточно сильный ветер, чтобы сдувать материал, оставляя зазор в диске.

Независимо от своего происхождения, разрыв в ранней Солнечной системе, вероятно, служил космической границей, препятствуя взаимодействию материалов по обе стороны от нее. Это физическое разделение могло повлиять на формирование планет Солнечной системы. Например, на внутренней стороне разрыва газ и пыль объединились в планеты земной группы, включая Землю и Марс, в то время как газ и пыль опускались на дальнюю сторону разрыва, образованного в ледяных регионах, таких как Юпитер и соседние с ним газовые гиганты.

«Очень сложно преодолеть этот разрыв, и планете потребуется много внешнего крутящего момента и импульса», — говорит ведущий автор и аспирант EAPS Кави Борлина. «Таким образом, это свидетельствует о том, что формирование наших планет ограничивалось определенными регионами в ранней солнечной системе».

Соавторы: Вайс и Бурлина, Эдуардо Лима, Ниланджан Чаттерджи и Элиас Мансбах из Массачусетского технологического института. Джеймс Брайсон из Оксфордского университета; и Сюэ-Нин Бай из Университета Цинхуа.

расколотый в пространстве

За последнее десятилетие ученые наблюдали странный раскол в составе метеоритов, достигших Земли. Эти космические скалы изначально образовались в разное время и в разных местах, когда формировалась Солнечная система. Анализируемые показывают одну из двух групп изотопов. Редко было обнаружено, что метеориты отображают и то, и другое — загадка, известная как «изотопное расщепление».

Ученые предположили, что это расщепление может быть результатом разрыва в диске ранней Солнечной системы, но этот разрыв не получил прямого подтверждения.

Группа Вайса анализирует метеориты на предмет наличия древних магнитных полей. Когда формируется новая планетная система, она несет с собой магнитное поле, сила и направление которого могут меняться в зависимости от различных процессов внутри развивающегося диска. Когда старая пыль собирается в гранулы, известные как хрящ, электроны внутри хряща выравниваются с магнитным полем, в котором они образовались.

Хондры могут быть меньше диаметра человеческого волоса и сегодня обнаруживаются в метеоритах. Группа Вайса специализируется на измерении хрящей для определения древних магнитных полей, в которых они изначально формировались.

В предыдущей работе группа проанализировала образцы одной из двух групп метеоритов, известных как неуглеродистые метеориты. Считается, что эти породы образовались в «резервуаре» или регионе ранней Солнечной системы, относительно близко к Солнцу. Группа Вайса ранее идентифицировала древнее магнитное поле в образцах из этого соседнего региона.

Несоответствие метеорита

В своем новом исследовании исследователи задались вопросом, будет ли магнитное поле таким же во второй «углеродной» изотопной группе метеоритов, которые, исходя из их изотопного состава, как полагают, произошли дальше в Солнечной системе.

Они проанализировали хрящи размером около 100 микрон каждый из двух углеродистых метеоритов, обнаруженных в Антарктиде. Используя сверхпроводящий квантовый интерферометр, или SQUID, микроскоп высокого разрешения в лаборатории Вейсса, команда определила древнее первоначальное магнитное поле каждой хондры.

К удивлению, они обнаружили, что их поле сильнее, чем у ближайших некарбонатных метеоритов, которые они измерили ранее. Ученые предсказывают, что по мере формирования современных планетных систем сила магнитного поля должна уменьшаться по мере удаления от Солнца.

Напротив, Борлина и его коллеги обнаружили, что дистальный хрящ имеет более сильное магнитное поле, около 100 мкТл, по сравнению с полем 50 мкТл в проксимальном хряще. Для справки: магнитное поле Земли сегодня составляет около 50 микротесла.

Магнитное поле планетной системы является мерой ее скорости аккреции или количества газа и пыли, которое она может притягивать к своему центру с течением времени. Судя по магнитному полю угольного мениска, внешняя область Солнечной системы должна была накопить намного больше массы, чем внутренняя область.

Используя модели для моделирования различных сценариев, команда пришла к выводу, что наиболее вероятным объяснением несоответствия темпов аккреции является разрыв между внутренней и внешней областями, который может уменьшить количество газа и пыли, текущих к Солнцу из внешних областей.

«Крышки распространены в протопланетных системах, и теперь мы показываем, что они есть в нашей солнечной системе», — говорит Борлина. «Это дает ответ на этот странный раскол, который мы видим в метеоритах, и предоставляет доказательства того, что полости влияют на формирование планет».

Ссылка: «Палеомагнитные свидетельства дисковой инфраструктуры в ранней Солнечной системе» Кау С. Борлина, Бенджамин П. Вайсс, Джеймс Ф. Дж. Брайсон, Сюэ-Нинг Бай, Эдуардо А. Лима, Ниланджан Чаттерджи и Элиас Н. Мансбах, октябрь 15, 2021, научный прогресс.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

Это исследование было частично поддержано НАСА, и Национальный научный фонд.