Вчені, схоже, наблизилися до розгадки одного з найважливіших механізмів формування планет у Сонячній системі — своєрідної «фабрики планет», яка, ймовірно, приховувалася просто за орбітою Юпітера. Саме там, у далекому минулому, могла зародитися значна частина будівельного матеріалу для планет і астероїдів, які ми бачимо сьогодні.
Коли Сонячна система лише формувалася, молоде Сонце було оточене величезним диском із газу та пилу. Протягом мільйонів років крихітні частинки в цьому диску зіштовхувалися, злипалися і поступово утворювали більші тіла — планетезималі. Саме вони стали «цеглинками» планет, а частина з них згодом перетворилася на астероїди.
Довгий час вчені припускали, що цей процес не був рівномірним. Різні ділянки ранньої Сонячної системи розвивалися за власними сценаріями, а формування планетезималей могло відбуватися хвилями — у різний час і за різних умов.
Тепер дослідники з Інституту досліджень Сонячної системи імені Макса Планка (MPS) у Німеччині запропонували пояснення, яке може об’єднати ці фрагменти у єдину картину. Згідно з їхнім дослідженням, опублікованим у журналі The Astrophysical Journal, особлива кільцеподібна зона безпосередньо за орбітою Юпітера могла стати справжнім «розсадником» планетезималей.
Комп’ютерне моделювання показало, що протягом приблизно двох мільйонів років у цій області могли формуватися об’єкти з дуже різним хімічним складом. І що важливо — робилося це не одночасно, а послідовно, у різні етапи еволюції диска.
«Різні типи планетезималей, схоже, формувалися в одному й тому самому регіоні раннього газо-пилового диска, але в різний час. Область одразу за орбітою Юпітера створювала для цього ідеальні умови», — пояснює керівниця групи формування планет Йоанна Драужковська.
Юпітер як «пиловий пастка» Сонячної системи
Ключову роль у цьому процесі відіграв сам Юпітер. Приблизно через 2–4 мільйони років після народження Сонячної системи він уже встиг «очистити» свою орбіту від значної частини матеріалу. Це створило своєрідний розрив у диску газу та пилу.
Але цей розрив мав побічний ефект — за орбітою Юпітера утворилася зона підвищеного тиску. Саме вона почала працювати як гігантська пастка для пилу: частинки втрачали швидкість і накопичувалися, формуючи щільні скупчення. Згодом ці скупчення перетворювалися на «гальку» — проміжну стадію перед утворенням планетезималей.
Попередні дослідження вже доводили, що такі пилові пастки можуть швидко запускати народження планетезималей. Але нова робота показує дещо більше: ця область могла працювати довго і створювати об’єкти різного складу протягом мільйонів років.
«Космічні камені» як ключ до минулого
Щоб перевірити свої моделі, науковці порівняли їх із реальними зразками — метеоритами, які падають на Землю. Більшість із них є уламками давніх планетезималей і майже не змінилися з часів ранньої Сонячної системи.
Особливу увагу дослідники приділили вуглецевим хондритам — кам’янистим метеоритам, багатим на вуглець. Вважається, що вони сформувалися саме за орбітою Юпітера в той самий період, який відтворювали симуляції.
Ці метеорити поділяють на кілька груп за віком і складом: одні є крихкими й складаються з дрібного пилу, інші — більш щільні та містять вбудовані включення. Комп’ютерні моделі відтворили саме таку різноманітність, що стало важливим підтвердженням теорії.
«Нам потрібно було змоделювати поведінку різних матеріалів на всіх масштабах — від окремих частинок до великих структур», — пояснює перша авторка дослідження Нереа Гурутхакса.
Як народжувалися покоління космічних каменів
Симуляції показали складну картину: частинки могли злипатися, руйнуватися, рухатися всередину до Сонця або накопичуватися в щільних зонах. Юпітер при цьому діяв як своєрідний бар’єр, особливо для великих частинок.
З часом у пиловій пастці виникали різні «хвилі» формування планетезималей. Одні утворювалися з більш крихкого матеріалу, інші — з щільнішого. Це призводило до появи кількох поколінь космічних тіл із різним складом. За словами дослідників, навіть ще давніші типи метеоритів могли народитися в тій самій зоні — просто на ще ранніх етапах еволюції диска.
Погляд у глибоке минуле Сонячної системи
Результати роботи підсилюють ідею, що пилові пастки були ключовими «інкубаторами» для формування планетезималей. А отже, і самих планет.
«Є переконливі докази того, що саме такі області були найкращими місцями для народження планетезималей у нашій Сонячній системі», — підсумовують автори.
І якщо ця гіпотеза підтвердиться, то за орбітою Юпітера колись могла діяти справжня космічна «фабрика», яка тихо і непомітно заклала основу всього, що ми сьогодні називаємо планетами.