5 Minutės
Jupiterio susidarymas paliko išlydytus pėdsakus ankstyvosios Saulės sistemos nuolaužose
Nauji tyrimai rodo, kad Jupiterio spartus augimas sukėlė didelio greičio susidūrimus tarp ankstyvųjų planetesimalų, dėl kurių susidarė išlydytos lašelės, vadinamos chondrulėmis, kurios išliko meteorituose iki šiol. Šios smulkios sferulės veikia kaip laiko kapsulės iš pirmųjų kelių milijonų metų Saulės sistemos istorijoje ir suteikia naują, tikslesnį būdą nustatyti, kada susiformavo Jupiteris.
Nauji tyrimai atskleidžia, kad Jupiterio gimimas sukėlė didelio greičio susidūrimus, kurie kūrė meteorituose išsaugotas išlydytas lašeles — smulkias laiko kapsules iš Saulės sistemos ankstyviausių dienų. Kreditas: Shutterstock. Senovinės lašelės, rastos meteorituose, atskleidžia planetų formavimosi istoriją.
Maždaug prieš 4,5 milijardo metų protoplanetarinio disko dalyje vyko spartus akrecijos procesas ir Jupiteris išaugo į dujinį milžiną, kurį matome šiandien. Jo stiprėjantis gravitacinis poveikis sujaukė daugelio uolingų ir ledinių kūnų — planetesimalų, analogiškų šiuolaikiniams asteroidams ir kometoms — orbitas. Šie sutrikimai padidino susidūrimų greitį, ir daugelyje smūgių planetesimalų vidus bei dulkės ištirpo ir suskilo į milimetrų dydžio išlydytas lašeles, žinomas kaip chondrulės.
Kaip susiformuoja chondrulės: vandens garų sprogimai susidūrimų metu
Chondrulės paprastai būna 0,1–2 mm skersmens ir yra dažni daugelio primityvių meteorų komponentai. Jų apvalus, stikliškas vaizdas ilgą laiką kėlė paslaptį. Bendradarbiaujanti komanda iš Nagojos universiteto (Japonija) ir Italijos Nacionalinio astrofizikos instituto (INAF) panaudojo skaitmenines Jupiterio augimo ir kolizijų fizikos simuliacijas, kad parodytų, kaip chondrulės gali natūraliai susidaryti, kai vandeniu turtingi planetesimalai susiduria dideliu greičiu.
Apvalios chondrulės, matomos Allende meteorito ploname pjūvyje po mikroskopo vaizdu. Kreditas: Akira Miyake, Kyoto University
Kai susiduria du planetesimalai, jų viduje esantis ledas greitai išgaruoja ir plečiasi. Tas plečiantis garas veikia kaip trumpalaikis sprogstamasis slėgio impulsas, kuris sutrupina ir išbarsto išlydytą silikatą į lašelius. Pasak bendraautoriaus prof. Sin-iti Sirono (Nagojos universitetas), "Kai planetesimalai susidurdavo tarpusavyje, vanduo akimirksniu išgaruodavo į plečiantįsi garą. Tai veikė kaip mažyčiai sprogimai ir sutrupindavo išlydytą silikatą į mažytes lašeles, kurias šiandien randame meteorituose." Šis mechanizmas atkartoja stebimus chondrulių dydžius ir aušinimo greičius, nereikalaujant dirbtinai sudarytų sąlygų.
Simuliacijos sieja pikinę chondrulių gamybą su Jupiterio gimimu
Komanda palygino simuliuotus chondrulių populiacijas su laboratoriniais meteorų matavimais. Jų modelis generavo realistiškas chondrulių gausas, dydžius ir aušinimo istorijas, kai Jupiteris greitai kaupė dujas. Dr. Diego Turrini (INAF) paaiškina esminį chronologinį ryšį: "Meteoritu duomenys rodo, kad chondrulių susidarymo pikas buvo maždaug 1,8 milijono metų po to, kai prasidėjo Saulės sistemos formavimasis. Mūsų simuliacijos parodo, kad chondrulių gamyba yra stipriausia tuo laikotarpiu, kai Jupiteris sparčiai kaupė ūko dujas — tai identifikuoja tą epochą kaip Jupiterio gimimą." Šis rezultatas tikslina planetų formavimosi laiko juostą jaunoje Saulės sistemoje.
Mokslinis kontekstas ir platesnės pasekmės
Šis tyrimas pateikia patikrinamą mechanizmą, susiejantį planetų augimą su chondrulių susidarymu. Jis padeda paaiškinti, kodėl chondrulės rodo skirtingus amžius: Jupiterio formavimasis gali paaiškinti didelį chondrulių gamybos impulsą, tačiau kiti milžiniški planetos, pavyzdžiui Saturnas, tikriausiai sukėlė papildomus epizodus formavimosi metu. Matuodami skirtingo amžiaus chondrules meteorituose, tyrėjai gali atkurti milžiniškųjų planetų formavimosi seką ir laiko juostą bei žemėlapyti ankstyvosios Saulės sistemos dinaminius pokyčius.
Šie atradimai taip pat rodo, kad panašūs procesai turėtų vykti ir kitose planetų sistemose: kai milžiniškos planetos greitai susiformuoja dujiniuose diskuose, susidūrimai tarp vandeniu turtingų planetesimalų išspinduliuos chondrulėms panašias lašeles ir paliks chemines bei tekstūrines žymes išlikusiose nuolaužose.
Misijų reikšmė ir ryšys su laboratoriniais tyrimais
Šio tyrimo rezultatai kertasi su meteorų laboratorine petrologija ir su kosminių aparatų misijomis, kurios renka mėginius iš mažų kūnų. Grąžintų mėginių analizės (pavyzdžiui, iš NASA OSIRIS-REx ar JAXA Hayabusa misijų) ir aukštos raiškos izotopinis chondrulių datavimas toliau apribos formavimosi laiko skalę ir vandens vaidmenį ankstyvuosiuose susidūrimuose. Ateities teleskopiniai stebėjimai protoplanetariniuose diskuose ir jaunose egzoplanetų sistemose gali atskleisti analogiškus dinaminio išjudinimo požymius milžiniškų planetų augimo metu.
Ekspertų įžvalga
Dr. Maya Singh, planetologė iš įsivaizduojamo Planetų kilmės instituto, komentuoja: "Chondrulių susiejimas su Jupiterio augimu yra elegantiškas sprendimas, nes jis sujungia fizinę, dinaminę priežastį su plačiai stebimu meteoritiniu ženklu. Vandens garų trupinimo modelis taip pat atitinka kelis nepriklausomus apribojimus — chondrulių dydžių pasiskirstymą, aušinimo greičius ir izotopinius amžius — kas sustiprina argumentą. Tolesni petrografiniai darbai kartu su tiksliu izotopiniu datavimu bus kitas žingsnis, norint pilnai žemėlapyti milžiniškųjų planetų chronologiją."
Išvados
Šis tarpdisciplininis tyrimas naudoja kolizijų fiziką, planetų dinamiką ir meteorų duomenis, kad parodytų, jog Jupiterio spartus gimimas sukėlė aukštos energijos smūgius, kurie sukūrė chondrules. Meteorituose saugomų įrašų laikas — chondrulių susidarymo pikas maždaug 1,8 milijono metų po Saulės sistemos formavimosi — suteikia naują ir tikslų žymeklį, kada Jupiteris pasiekė milžiniškos planetos fazę. Skirtingo amžiaus chondrulių tyrimas galėtų atskleisti kitų milžiniškųjų planetų gimimo tvarką ir paaiškinti, kaip panašūs procesai formuoja planetų sistemas už mūsų ribų.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai