5 Minuten
Jupiterio susiformavimas paliko išlydytus pėdsakus ankstyvose Saulės sistemos nuolaužose
Nauji tyrimai rodo, kad greitas Jupiterio augimas sukėlė didelio greičio susidūrimus tarp ankstyvųjų planetesimalų, dėl kurių susiformavo išlydyti lašai, vadinami chondrulėmis, kurie iki šiol išlikę meteorituose. Šios smulkios sferulės veikia kaip laiko kapsulės iš pirmųjų kelių milijonų metų Saulės sistemoje ir suteikia naują, tikslų metodą nustatyti, kada susiformavo Jupiteris.
Nauji tyrimai atskleidžia, kad Jupiterio gimimas sukėlė didelio greičio susidūrimus, kurie sukūrė meteorituose išsaugotus išlydytus lašus — mažas laiko kapsules iš Saulės sistemos ankstyvųjų dienų. Credit: Shutterstock Senoviniai lašeliai meteorituose atskleidžia planetų formavimosi istoriją.
Prieš maždaug 4,5 milijardo metų protoplanetiniame diske vyko spartus akrecijos periodas, ir Jupiteris išaugo į dujinį milžiną, kurį matome šiandien. Jo stiprėjantis gravitacinis poveikis sutrikdė daugelio akmeninių ir ledo telkinių — planetesimalų, panašių į dabartinius asteroidus ir kometas — orbitas. Tokie sutrikimai padidino susidūrimų greičius, ir daugelyje smūgių planetesimalų vidinis akmuo ir dulksna ištirpo bei sutrupėjo į milimetrinio mastelio išlydytus lašus, vadinamus chondrulėmis.
Kaip susiformuoja chondrulės: vandens garų sprogimai susidūrimo metu
Chondrulės paprastai yra 0,1–2 mm skersmens ir yra dažna daugelio primityvių meteoritų sudedamoji dalis. Jų apvalus, stiklinis išvaizdas ilgai kėlė klausimų. Nagojos universiteto (Japonija) ir Italijos nacionalinio astrofizikos instituto (INAF) bendradarbiaujanti komanda, naudodama skaitmenines Jupiterio augimo ir kolizijų fizikos simuliacijas, parodė, kaip chondrulės gali natūraliai susidaryti, kai vandeniu prisotinti planetesimalai susiduria dideliu greičiu.
Apvalios chondrulės, matomos per ploną Allende meteorito skiltelę mikroskopu. Credit: Akira Miyake, Kyoto University
Kai du planetesimalai susiduria, vidinis ledas greitai išgaruoja ir išsiplečia. Išsiplėtę garai elgiasi kaip trumpalaikis sprogstamasis slėgio impulsas, kuris suskriausto ir suskaido išlydytą silikatą į lašus. Kaip teigia bendraautorius profesorius Sin-iti Sirono (Nagojos universitetas), „kai planetesimalai susidurdavo tarpusavyje, vanduo akimirksniu išgaruodavo į plečiantįsi garą. Tai veikė kaip mažytės sprogtys ir suskaldė išlydytą silikatą į tas mažas lašeles, kurias šiandien randame meteorituose.“ Šis mechanizmas atkuria stebimas chondrulių dydžių pasiskirstymus ir aušinimo normas be dirbtinai sukonstruotų sąlygų.
Simuliacijos susieja chondrulių piko gamybą su Jupiterio gimimu
Komanda palygino simuliacijas su laboratoriniais meteoritų matavimais. Jų modelis generavo realistiškus chondrulių kiekius, dydžius ir aušinimo istorijas, kai Jupiteris intensyviai kaupė dujas. Dr. Diego Turrini (INAF) paaiškina svarbų chronologinį ryšį: „Meteoritų duomenys rodo, kad chondrulių susidarymo piką sudaro maždaug po 1,8 milijono metų nuo Saulės sistemos pradžios. Mūsų simuliacijos parodo, kad chondrulių gamyba yra stipriausia tuo metu, kai Jupiteris sparčiai kaupė dulkinę dujinę materiją — tai leidžia tą epochą identifikuoti kaip Jupiterio gimimą.“ Šis rezultatas detalizuoja mūsų planetų formavimosi laiko juostą jaunoje Saulės sistemoje.
Mokslinis kontekstas ir platesnės pasekmės
Šis tyrimas pateikia testuojamą mechanizmą, jungianti planetų augimą su chondrulių susidarymu. Jis padeda paaiškinti, kodėl chondrulės rodo amžiaus įvairovę: Jupiterio formavimasis gali paaiškinti didelę chondrulių gamybos bangą, tačiau kiti milžiniški planetos, pavyzdžiui Saturnas, tikriausiai sukėlė papildomus epizodus formavimosi metu. Matuodami skirtingo amžiaus chondrules meteorituose, tyrėjai gali atkurti milžiniškų planetų formavimosi seką ir laiko juostą bei sužymėti ankstyvosios Saulės sistemos dinaminę evoliuciją.
Šie radiniai taip pat rodo, kad panašūs procesai turėtų vykti ir kitose planetų sistemose: kai dujiniai milžinai greitai formuojasi dujinguose diskuose, susidūrimai tarp vandens turinčių planetesimalų sukurs chondrulėms panašius lašus ir paliks cheminius bei tekstūrinius pėdsakus išlikusiose nuolaužose.
Misinės reikšmė ir ryšys su laboratoriniais tyrimais
Šio tyrimo rezultatai susikerta su meteoritų petrologijos darbais ir kosminių aparatų misijomis, kurios imasi mėginių iš mažų kūnų. Grąžintų mėginių analizės (pavyzdžiui, iš NASA OSIRIS‑REx ar JAXA Hayabusa misijų) ir aukštos raiškos izotopinis chondrulių datavimas toliau apribos susidarymo laiko mastus ir vandens vaidmenį ankstyvuose susidūrimuose. Būsimi teleskopiniai stebėjimai protoplanetinių diskų ir jaunų egzoplanetų sistemų gali atskleisti analogiškus dinaminio nervinimo požymius dujinių milžinų augimo metu.
Eksperto įžvalga
Dr. Maya Singh, planetologė iš įsivaizduojamo Planetų kilmės instituto, komentuoja: „Sujungti chondrulių susidarymą su Jupiterio augimu yra elegantiškas sprendimas, nes tai suteikia fizinę, dinaminių priežasčių grandinę plačiai pastebimam meteoritiniam požymiui. Vandens garų fragmentacijos modelis taip pat dera su keliais nepriklausomais apribojimais — chondrulių dydžių pasiskirstymais, aušinimo greičiais ir izotopiniais amžiais — kas sustiprina argumentą. Tolimesnis petrografinis darbas kartu su tiksliu izotopiniu datavimu bus kitas žingsnis, leidžiantis pilnai atvaizduoti milžiniškų planetų chronologiją.“
Išvada
Šis tarpdisciplininis tyrimas, jungiantis kolizijų fiziką, planetinę dinamiką ir meteoritų duomenis, rodo, kad Jupiterio spartus gimimas sukėlė didelės energijos smūgius, kurie sukūrė chondrules. Meteoritų įrašai, nurodantys chondrulių formavimosi piką maždaug 1,8 milijono metų po Saulės sistemos susidarymo, suteikia naują ir tikslią žymę, kada Jupiteris pasiekė milžiniškos planetos fazę. Skirtingo amžiaus chondrulių tyrimas galėtų atskleisti kitų milžiniškų planetų gimimo tvarką ir paaiškinti, kaip panašūs procesai formuoja planetines sistemas už mūsų Saulės sistemos ribų.
Quelle: scitechdaily
Kommentare