Астрономы нашли кольцеобразную "фабрику планет" в глубоком космосе

За орбитой Юпитера скрывается кольцеобразная область, заполненная газом и пылью. Это место, где формируются планеты. Астрономы называют этот регион фабрикой планет. Компьютерные симуляции, описанные в новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journals, показали: этот регион производил планетезимали — твёрдые тела длиной в несколько километров, строительные блоки планет — разного состава в разное время. «Похоже, он был одним из самых влиятельных регионов формирования планет в нашей звёздной системе», — говорят учёные.

Загадка, которую объясняет это открытие, связана с классом планетезималей, называемых углистыми хондритами. Они сформировались примерно через два-четыре миллиона лет после зарождения Солнечной системы. Большинство планетезималей были выброшены по мере созревания Солнечной системы, но их следы сохранились в виде метеоритных фрагментов, которые часто бомбардируют Землю. Самые интригующие из них — редкие и необычно богатые углеродом хондриты. Они состоят из различных зёрен пыли, но пропорция этих зёрен резко меняется со временем: одно поколение состоит из заметно крошащихся зёрен, другие — из более прочных. Какой регион мог сформировать такое разнообразие планетезималей за короткий промежуток времени, было неизвестно.

Исследователи нашли ответ. Речь идёт о так называемой «пылевой ловушке» сразу за орбитой Юпитера. Когда Солнце было молодым, его окружал огромный диск из материала, в котором в конечном счёте сформировались планеты. Когда появился Юпитер с его невероятной массой, он поглотил большую часть планетеобразующего материала вокруг своей орбиты, создав разрыв в протопланетном диске. Побочным эффектом этого стало создание кольца газа с более высоким давлением за пределами очищенной области. Это кольцо захватывало пылевые зёрна, которые слипались в гальку, а затем рождали планетезимали — будущие планеты.

В симуляциях, моделирующих как микроскопические столкновения частиц, так и крупномасштабные движения в протопланетном диске, исследователи показали: некоторые частицы могли застревать в определённых областях, таких как область рядом с Юпитером. Они также обнаружили, что Юпитер действовал как барьер для более крупных и прочных частиц. Это происходило одновременно с тем, как уже формирующиеся планетезимали поглощали часть свободно плавающего материала. Со временем эти конкурирующие процессы создали планетезимали двух различных поколений. В первые 500 000 лет обилие крошащихся зёрен уменьшилось, а затем выросло в течение следующего миллиона лет.

«Есть убедительные доказательства того, что пылевые ловушки были предпочтительным местом рождения планетезималей в нашей Солнечной системе», — заявила соавтор исследования Иоанна Дражковска, астрофизик из Института исследований Солнечной системы Макса Планка. «Впервые нам удалось точно воспроизвести результаты лабораторных исследований метеоритов с помощью компьютерных симуляций ранней Солнечной системы», — добавил соавтор Торстен Кляйне, космохимик того же института. «Метеориты служат, так сказать, пробным камнем для теорий планетообразования».

Вопрос остаётся открытым. Если за орбитой Юпитера существовала кольцеобразная фабрика планет, производившая строительные блоки разного состава в течение нескольких миллионов лет, то какие ещё забытые фабрики планет скрываются в ранней истории Солнечной системы? И как их существование меняет понимание того, как формировались планеты, включая Землю?