В Солнечной системе есть странная особенность: здесь нет суперземель — планет массивнее Земли, но значительно легче ледяных гигантов вроде Нептуна. Между тем вокруг других звезд такие миры встречаются часто. Куда делась наша? Новое исследование предлагает интригующий сценарий: суперземля могла существовать совсем рядом с молодым Солнцем, постепенно приблизиться к нему и в конце концов исчезнуть внутри звезды. Самое удивительное — следы этой давно погибшей планеты теоретически могут сохраняться в Солнце до сих пор.
Работа опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ее авторы не утверждают, что нашли остатки конкретной планеты. Они проверили более осторожную и одновременно необычную идею: способно ли поглощение крупного каменистого мира изменить химическую и внутреннюю структуру молодой звезды так, чтобы последствия можно было обнаружить спустя примерно 4,6 миллиарда лет.
Мотивацией стали две давние солнечные загадки. Современные модели довольно хорошо описывают эволюцию Солнца, но некоторые чрезвычайно точные гелиосейсмические измерения не идеально совпадают с расчетами. В частности, существуют расхождения в структуре скорости звука под конвективной зоной и в оценке ее глубины. Одновременно солнечная поверхность содержит намного меньше лития, чем можно было бы наивно ожидать из первоначального состава вещества Солнечной системы.
Гелиосейсмология позволяет буквально слушать Солнце. Его поверхность постоянно колеблется, а акустические волны распространяются через звездные недра. Поскольку скорость волн зависит от температуры, плотности и химического состава вещества, наблюдая за колебаниями поверхности, астрономы восстанавливают внутреннюю структуру звезды. Это чем-то напоминает медицинское УЗИ, только исследуемый объект имеет диаметр почти 1,4 миллиона километров.
Мутлу Йылдыз из Эгейского университета и его коллеги предположили, что две солнечные загадки могут быть связаны с одним событием в далеком прошлом. Молодые звезды окружены протопланетными дисками из газа и пыли, где формируются планеты и одновременно продолжается обмен веществом со звездой. Но каменистая планета химически совсем не идентична окружающему ее газу. Если такой объект падает в звезду, он способен изменить распределение элементов внутри нее.
Для проверки идеи исследователи использовали MESA — широко применяемый программный комплекс для моделирования звездной эволюции. Они рассчитали различные варианты ранней истории Солнца, меняя характер аккреции вещества, процессы перемешивания и другие физические параметры, а затем сравнивали получившиеся звезды с реальными гелиосейсмическими данными и наблюдаемым химическим составом солнечной поверхности.
Наиболее интересный результат появился для довольно узкого диапазона. Модели лучше согласовывались сразу с несколькими наблюдаемыми особенностями, если молодое Солнце поглощало каменистую планету массой примерно от пяти до десяти Земель. Именно такие объекты астрономы относят к категории суперземель.
Возникает очевидный вопрос: разве планета не испарилась бы еще во внешней атмосфере Солнца? Авторы отдельно исследовали ее движение через звездное вещество. Расчеты показывают, что достаточно массивный каменистый мир мог проникнуть довольно глубоко, прежде чем разрушиться, потеряв на начальном этапе относительно небольшую часть массы. Его материал оказался бы доставлен в недра звезды, где мог изменить химические градиенты и последующую эволюцию.
Особенно интересен литий. Это довольно хрупкий в астрофизическом смысле элемент: при температурах в несколько миллионов градусов его ядра разрушаются в термоядерных реакциях. Если поглощение планеты изменило внутреннее перемешивание вещества, солнечный литий мог эффективнее переноситься в горячие области и уничтожаться. Таким образом, необычно низкое современное содержание лития потенциально становится частью древней криминалистической истории.
Сам сценарий существования исчезнувшей внутренней планеты появился не сегодня. Ранее астрономы уже моделировали возможность формирования нескольких крупных каменистых тел внутри современной орбиты Меркурия. В молодой планетной системе взаимодействие с газовым диском способно менять орбиты, заставляя планеты мигрировать. Некоторые из них теоретически могли двигаться не наружу, а к звезде.
Это могло бы помочь объяснить архитектуру нашей системы. Многие обнаруженные экзопланетные системы содержат суперземли на очень коротких орбитах, тогда как вокруг Солнца внутренний ряд начинается сравнительно маленьким Меркурием. Но отсутствие суперземли сегодня само по себе совершенно не доказывает, что она существовала раньше. Планетные системы формируются разными путями, и наша могла просто никогда не получить такого мира.
Поэтому новая работа интересна другим: гипотеза постепенно превращается в потенциально проверяемую. Если поглощенная планета действительно изменила внутреннее распределение химических элементов, модель должна давать конкретные гелиосейсмические последствия. Будущие более точные наблюдения смогут проверить, существует ли предсказанный набор признаков одновременно, а не только отдельные удобные совпадения.
Есть и более широкий смысл. Астрономы уже наблюдают признаки поглощения планет другими звездами. Планетная система вовсе не является неподвижным часовым механизмом, в котором все миры после рождения навсегда остаются на своих орбитах. Планеты мигрируют, взаимодействуют друг с другом, сталкиваются, выбрасываются в межзвездное пространство и иногда падают на собственную звезду.
Если предложенная модель подтвердится, Солнце окажется не просто спокойным хозяином восьми современных планет, а участником гораздо более бурной истории. Где-то в первые эпохи существования системы мог находиться еще один крупный каменистый мир — массивнее Земли и расположенный ближе к Солнцу, чем Меркурий. Он исчез настолько давно, что от него не осталось ни поверхности, ни орбиты, ни кратеров.
Но звезда хранит память иначе, чем планета. Следом погибшего мира может оказаться небольшое изменение скорости звука на огромной глубине или необычная концентрация химического элемента. Если астрономам удастся независимо обнаружить именно тот набор признаков, который предсказывает модель, получится необыкновенная реконструкция: историю исчезнувшей планеты восстановят не по ее останкам, а по тому, как спустя миллиарды лет звучит проглотившее ее Солнце.
[note style="3" type="danger" icon="yes" class="js-widget-class" scroll_reveal="scale up 30% reset"]Ссылка: «Поглощение планет как решение проблем, связанных с расхождениями в моделях Солнца, и его последствия для планетных систем» DOI: 10.1093/mnras/stag1527.[/note]
А затем «Добавить на главный экран».
