Уникальное исследование позволило зафиксировать следы солнечной активности в метеоритах, образовавшихся раньше нашей планеты. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy группой во главе с Левке Кёпом из Чикагского университета.
Сегодня практически все специалисты считают, что Солнце, планеты и другие тела Солнечной системы сформировались из одного и того же протопланетного диска. Множество таких дисков обнаружено у других звёзд. Наблюдения за подобными системами показывают, что новорождённые светила чрезвычайно активны. Они порождают куда больше звёздного ветра и корональных выбросов, чем их "остепенившиеся" собратья.
Естественно предположить, что и Солнце на заре времён вело себя подобным образом. Но прямых доказательств тому до сегодняшнего дня не было.
"Солнце было очень активно в ранней жизни: оно чаще продуцировало и испускало более интенсивный поток заряженных частиц. Я думаю о моём сыне: ему три, он тоже очень активен", – сравнивает Филипп Хек из Чикагского университета, соавтор исследования.
"Машиной времени" для астрономов служат метеориты, сформировавшиеся раньше Земли. Особенно специалистов интересуют небесные камни, содержащие кальций и алюминий. В них встречаются включения изотопов (например, бериллия-10), которые могли быть порождены ядерными реакциями с энергичными протонами солнечного ветра. Однако въедливые специалисты предложили альтернативные механизмы накопления в метеоритах этих веществ. Необходимы были дополнительные решающие свидетельства. Их получила группа Кёпа, изучая кристаллы хибонита (hibonite) в метеоритах. Они образовались, когда протопланетный диск только начал остывать.
"Это, вероятно, первые минералы, образовавшиеся в Солнечной системе", – предполагает Хек. "Самые большие минеральные зерна из древних метеоритов всего в несколько раз больше диаметра человеческого волоса. Когда мы смотрим на группу этих зёрен под микроскопом, зёрна хибонита выглядят как маленькие светло-голубые кристаллы. Они довольно красивы, – говорит соавтор исследования Энди Дэвис (Andy Davis) из Чикагского университета. – Эти кристаллы содержат такие элементы, как кальций и алюминий".
Исследователи обнаружили в хибоните возрастом более 4,5 миллиарда лет гелий и неон. Это инертные газы, они не вступают практически ни в какие химические реакции, поэтому механизм их появления в метеоритах не мог быть химическим. Это газы, а не твёрдые частицы, поэтому они не могли "прилипнуть" к комку вещества за счёт гравитации.
Единственный правдоподобный механизм их образования связан с ядерными реакциями. Энергичные протоны солнечного ветра врезались в атомы кальция и алюминия, создавая неон и гелий. Эти газы в метеоритах искали не раз, но не находили. Однако это не обескуражило исследователей. "Если в прошлом люди этого не видели, это не значит, что их [газов] там не было, это может означать, что у них просто были недостаточно чувствительные инструменты для поиска", – отмечает Кёп.
В новом исследовании группа использовала масс-спектрометр уникальной чувствительности и внушительных габаритов (с автомобильный гараж). Лазер испарил образец, и прибор определил его химический состав.
"У нас был сильнейший сигнал, чётко демонстрирующий присутствие гелия и неона. Это было потрясающе", – признаётся Кёп. Приняв во внимание физические и химические свойства образца, астрономы сделали вывод, что он образовался на значительном удалении от Солнца.
Тем не менее он содержит следы ядерных реакций с энергичными протонами. Это значит, что поток солнечного ветра тогда был гораздо интенсивнее, чем сейчас.
"Как будто вы знали кого-то только как спокойного взрослого. У вас, конечно, были основания полагать, что он когда-то был активным ребёнком, но никаких доказательств тому не было. Но если бы вы могли подняться на чердак и найти старые сломанные игрушки и книги с порванными страницами, это было бы доказательством того, что этот человек когда-то тоже был энергичным малышом", – говорит Хек.