Космічний камінь віком 4,5 мільярда років перевертає припущення про ранню Сонячну систему

У травні 2020 року в піщаному морі Ерг Чеч, заповненому дюнами регіоні пустелі Сахара на півдні Алжиру, було знайдено кілька незвичайних порід, що містять характерні зеленуваті кристали. При детальному розгляді виявилося, що камені походять із космосу: шматки уламків віком мільярди років, що залишилися від світанку Сонячної системи.

Усі вони були уламками метеорита, відомого як Erg Chech 002, який є найдавнішою вулканічною породою, коли-небудь знайденою, яка давно розплавилася у вогні якоїсь нині зниклої стародавньої протопланети.

У новому дослідженні, опублікованому в Nature Communications , ми проаналізували ізотопи свинцю та урану в Erg Chech 002 і підрахували, що йому приблизно 4,56556 мільярда років, плюс-мінус 120 000 років. Це один із найточніших коли-небудь обчислених віків об’єктів із космосу, і наші результати також ставлять під сумнів деякі поширені припущення щодо ранньої Сонячної системи.

Таємне життя алюмінію

Близько 4,567 мільярда років тому наша Сонячна система утворилася з величезної хмари газу та пилу. Серед багатьох елементів у цій хмарі був алюміній, який був у двох формах. По-перше, це стабільна форма, алюміній-27. По-друге, це алюміній-26, радіоактивний ізотоп, який в основному виробляється вибухаючими зірками, який з часом розпадається на магній-26.

Алюміній-26 є дуже корисним матеріалом для вчених, які хочуть зрозуміти, як утворилася та розвивалася Сонячна система. Оскільки він розпадається з часом, ми можемо використовувати його для визначення дати подій, зокрема протягом перших чотирьох або п’яти мільйонів років життя Сонячної системи.

Розпад алюмінію-26 також важливий з іншої причини: ми вважаємо, що він був основним джерелом тепла в ранній Сонячній системі. Цей розпад вплинув на плавлення дрібних примітивних порід, які згодом зібралися разом, утворивши планети.

Уран, свинець і вік

Однак, щоб використовувати алюміній-26 для розуміння минулого, нам потрібно знати, чи був він розподілений навколо рівномірно, чи згрупований щільніше в одних місцях, ніж в інших. Щоб з’ясувати це, нам потрібно буде точніше обчислити абсолютний вік деяких стародавніх космічних порід.

Дивлячись лише на алюміній-26, ми не зможемо цього зробити, оскільки він розпадається відносно швидко (приблизно через 705 000 років половина зразка алюмінію-26 розпадеться на магній-26). Це корисно для визначення відносного віку різних об’єктів, але не їхнього абсолютного віку в роках.

Але якщо ми об’єднаємо дані щодо алюмінію-26 з даними про уран і свинець, ми можемо досягти певного прогресу. Існує два важливих ізотопи урану (уран-235 і уран-238), які розпадаються на різні ізотопи свинцю (свинець-207 і свинець-206 відповідно). Ізотопи урану мають набагато довший період напіврозпаду (710 мільйонів років і 4,47 мільярда років відповідно), що означає, що ми можемо використовувати їх, щоб безпосередньо визначити, як давно відбулася подія.

Групи метеоритів

Erg Chech 002 — це те, що відомо як «незгрупований ахондрит».

Ахондрити — це гірські породи, утворені з розплавлених планетезималей, які ми називаємо твердими грудками в хмарі газу та уламків, які утворили Сонячну систему. Встановлено джерела багатьох ахондритів, знайдених на Землі.

Більшість належить до так званого клану Говардит-Евкріт-Діогеніт, який, як вважають, походить від Вести 4, одного з найбільших астероїдів у Сонячній системі. Інша група ахондритів називається ангрітами, у всіх яких є неідентифіковане батьківське тіло. Ще інші ахондрити, включаючи Erg Chech 002, є «незгрупованими» — їхні батьківські тіла та родинні стосунки невідомі.

Грудкуватий розсип алюмінію

Під час нашого дослідження Erg Chech 002 ми виявили, що він містить велику кількість свинцю-206 і свинцю-207, а також відносно велику кількість нерозкладеного урану-238 і урану-235. Вимірювання співвідношення всіх ізотопів свинцю та урану допомогло нам оцінити вік породи з такою безпрецедентною точністю.

Ми також порівняли наш обчислений вік з раніше опублікованими даними щодо алюмінію-26 для Erg Chech 002, а також даними для різних інших ахондритів. Особливо цікавим було порівняння з групою ахондритів, які називаються вулканічними ангрітами. Ми виявили, що материнське тіло Erg Chech 002, мабуть, утворилося з матеріалу, який містив у три-чотири рази більше алюмінію-26, ніж джерело материнського тіла ангритів.

Це показує, що алюміній-26 дійсно був розподілений досить нерівномірно в хмарі пилу та газу, яка утворила Сонячну систему. Наші результати сприяють кращому розумінню найраніших етапів розвитку Сонячної системи та геологічної історії планет, що розвиваються. Подальші дослідження різноманітних груп ахондритів, безсумнівно, продовжуватимуть вдосконалювати наше розуміння та покращувати нашу здатність реконструювати ранню історію нашої Сонячної системи. Джерело