Астрономы нашли способ объяснить сразу несколько загадок Солнца одной смелой гипотезой: миллиарды лет назад молодая звезда могла поглотить планету, и следы этого космического обеда до сих пор скрыты в её внутренних слоях.
Солнце кажется нам стабильным и предсказуемым. Но новые исследования показывают, что в молодости наша звезда могла пережить событие, которое изменило её навсегда. Профессор Мутлу Йылдыз из Эгейского университета в Турции и его коллеги предположили, что раннее Солнце поглотило сверхземлю — планету массой примерно в 5–10 раз больше Земли. Результаты работы опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Загадки, которые не сходятся
Стандартные модели звёздной эволюции долгое время не могли одновременно объяснить несколько независимых наблюдений Солнца. Во-первых, это данные гелиосейсмологии — науки, изучающей внутреннее строение звезды по колебаниям её поверхности. В частности, речь идёт о структуре скорости звука непосредственно под конвективной зоной и о глубине самой конвективной зоны. Во-вторых, на поверхности Солнца наблюдается сильный дефицит лития — элемента, который должен был бы присутствовать в гораздо больших количествах. Эти расхождения десятилетиями оставались нерешёнными.
Йылдыз и его команда задались вопросом: могут ли эти загадки иметь общую причину, связанную с ранней химической историей Солнца? Молодые звёзды окружены протопланетными дисками, где значительные объёмы вещества могут перемещаться между диском и звездой. Поскольку планеты состоят из химически иного материала, чем газ в диске, исследователи предположили, что раннее поглощение планеты могло оставить химический след внутри молодого Солнца.
Как проверяли идею
Для проверки гипотезы учёные использовали код звёздной эволюции MESA — мощный инструмент, позволяющий моделировать различные сценарии аккреции вещества на молодое Солнце. Они смоделировали разные истории поглощения и сравнили результаты с гелиосейсмическими данными и измерениями поверхностного состава. Также были проверены альтернативные объяснения, включая изменения уравнения состояния, непрозрачности и различных моделей турбулентного и конвективного перемешивания.
Внутреннее строение Солнца с «отпечатком» поглощённой планеты.PicLumen
Результаты лучше всего соответствовали сценарию, в котором молодое Солнце поглотило сверхземлю массой примерно в 5–10 раз больше Земли. При этом планета, проходя через внешние слои звезды, теряла лишь малую часть своей массы, оставляя lasting структурный отпечаток в более глубоких регионах.
Один сценарий — несколько ответов
Самое важное в этой работе — то, что модель объясняет не одну загадку, а сразу несколько независимых наблюдений. Она одновременно соответствует и структуре внутренних слоёв Солнца, и аномально низкому содержанию лития на его поверхности.
«Мы думали, что поглощение планеты может повлиять на структуру Солнца, но не ожидали, что расчёты сойдутся на таком конкретном диапазоне масс сверхземли, — говорит Йылдыз. — Это был один из самых интересных результатов исследования».
Куда делись сверхземли?
Астрономы давно задаются вопросом: почему во многих других звёздных системах есть крупные сверхземли, а в нашей — нет? Новое исследование ссылается на более раннюю работу Мартина и Ливио (2016), которые предположили, что одна или несколько сверхземель могли сформироваться внутри орбиты Меркурия и мигрировать внутрь через газовый диск, в конечном итоге упав на молодое Солнце. Если это так, то наша Солнечная система могла потерять свою «недостающую» планету ещё на заре своего существования.
Поверхность Солнца с аномально низким содержанием лития.PicLumen
Можно ли это доказать?
Окончательно подтвердить, что Солнце действительно проглотило планету, пока невозможно. Но если предсказанные структурные и химические сигнатуры удастся независимо обнаружить с помощью гелиосейсмологии или других наблюдений, это станет сильным свидетельством такого события, произошедшего миллиарды лет назад.
Это исследование напоминает нам, что даже наша собственная звезда может хранить следы бурной молодости. И, возможно, именно эти следы помогут понять, почему Солнечная система выглядит не так, как большинство известных нам планетных систем.
