Кометы, образовавшиеся на ледяных окраинах Солнечной системы, содержат минералы, которым, похоже, там не место. Кристаллические силикаты образуются при чрезвычайно высоких температурах, но постоянно обнаруживаются в самых холодных телах. Новое исследование наконец предлагает убедительное объяснение этого парадокса. Об этом сообщает журнал Природа.
Тайна горячих минералов в холодных кометах
Кометы зарождаются в поясе Койпера и облаке Оорта — областях, где температура чрезвычайно низкая. Однако в их ядрах регулярно обнаруживаются кристаллические силикаты, такие как форстерит и энстатит. Эти минералы могут образоваться только при нагревании выше 900 Кельвинов, условиях, типичных для внутренних областей протопланетного диска, ближе к звезде.
Кристаллические силикаты составляют основу каменистых планет. На Земле они составляют большую часть коры и мантии. Их присутствие в кометах уже давно указывало на существование механизма переноса вещества из горячих зон в холодные в ранней Солнечной системе, но прямых наблюдательных доказательств этого процесса не было. Ранее внимание ученых привлекали активные процессы, связанные с поведением комет в других планетных системах.
Аккреция вспыхивает, как печь для минералов.
Международная команда под руководством профессора Чонг Энге Ли из Сеульского национального университета сосредоточились на изучении молодой протозвезды EC 53, расположенной примерно в 1400 световых годах от Земли. Этот объект известен своей регулярностью: каждые 18 месяцев на нем происходит мощное аккреционное извержение, продолжающееся около 100 дней.
С помощью космического телескопа JWST ученые зафиксировали появление кристаллических силикатов исключительно во время этих извержений. Это указывает на то, что минералы образуются непосредственно во внутреннем сильно нагретом диске в моменты резкого притока вещества в звезду.
Как минералы покидают внутренний диск
Аккреционные вспышки сопровождаются не только нагревом, но и мощными дисковыми ветрами. JWST обнаружил сильные выбросы материала из EC 53, которые могли поднимать вновь образовавшиеся кристаллические силикаты и транспортировать их во внешние области диска, где затем формировались кометы.
«Слоистые выбросы EC 53 могли бы подхватить эти вновь образовавшиеся кристаллические силикаты и транспортировать их наружу, как будто по космическому шоссе», — объясняет Юнг Ын Ли.
Телескоп позволил не только определить типы минералов, но и проследить за их пространственным распределением до и во время извержений, что стало важным аргументом в пользу этой модели.
Подтверждение старой гипотезы
Идея о том, что протозвезды сначала создают кристаллические силикаты, а затем разносят их по диску с помощью ветра, обсуждалась ранее. Но только теперь можно наблюдать весь процесс в одной системе, от кристаллизации до потенциального транспорта.
«Наблюдая за образованием кристаллических силикатов во время извержения, мы показываем, что внутренний диск — это место, где они формируются, и что наличие ветра обеспечивает реальный механизм их переноса наружу», — подчеркивает соавтор работы. Джонстон выкопал.
Что это значит для истории Солнечной системы?
Исследователи полагают, что раннее Солнце могло испытывать подобные аккреционные извержения. В этом сценарии кристаллические силикаты образовались во внутреннем диске, а затем были перенесены в холодные кометные регионы, находящиеся на расстоянии десятков астрономических единиц.
Это объясняет, почему в современных кометах обнаруживаются минералы, которые по всем законам термодинамики не могли образоваться на месте. Новые данные делают картину ранней эволюции планетных систем более последовательной и физически обоснованной, а также дополняют понимание того, как формируются планетные системы в молодых звездах.
