Миллиарды лет назад рядом с Солнцем могла существовать суперземля — планета в несколько раз массивнее нашей. Затем она приблизилась к молодой звезде и исчезла в её недрах. Новое исследование показало: следы этой катастрофы Солнце, возможно, хранит до сих пор.
Сегодня устройство Солнечной системы кажется нам почти естественным: четыре небольшие каменистые планеты ближе к Солнцу, затем гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Но после открытия тысяч планет у других звёзд выяснилось, что наша система в одном отношении довольно необычна. У нас нет суперземли.
Так астрономы называют планеты, которые массивнее Земли, но заметно меньше ледяных гигантов вроде Нептуна. В других планетных системах такие миры встречаются постоянно, в том числе совсем рядом со своими звёздами.
Возможно, когда-то такая планета была и у нас. Просто до наших дней она не дожила.
Астроном Мутлу Йылдыз из Эгейского университета в Турции проверил необычный сценарий: что произойдёт с Солнцем, если в самом начале его существования оно проглотит крупную молодую планету. Результаты исследования опубликованы 10 сентября в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Странности внутри Солнца
Хотя Солнце изучено лучше любой другой звезды, существующие модели его эволюции не идеально совпадают с наблюдениями. В частности, учёным трудно одновременно объяснить особенности распространения звуковых волн внутри звезды, глубину её конвективной зоны и необычно малое количество лития на поверхности.
Йылдыз предположил, что у этих несоответствий может быть одна общая причина, случившаяся ещё в молодости Солнца.
С помощью программы моделирования звёздной эволюции MESA он воспроизвёл разные варианты ранней истории нашей звезды — в том числе сценарий, при котором Солнце получает дополнительное вещество после падения на него планеты.
Лучше всего с современными наблюдениями совпал вариант, при котором молодое Солнце поглотило мир массой примерно 5,6 Земли. В других близких к оптимальным моделях масса исчезнувшей планеты составляла приблизительно от пяти до десяти земных масс. Это как раз размеры типичной суперземли.
Планета исчезла, а её след мог остаться
После падения планета не обязательно просто растворилась где-то у поверхности звезды.
Расчёты показывают, что богатое тяжёлыми элементами вещество могло проникнуть глубже и сконцентрироваться под конвективной зоной Солнца. Это изменило бы внутреннюю структуру звезды и оставило химический «отпечаток», сохраняющийся миллиарды лет.
По словам Йылдыза, именно такое древнее поглощение способно одновременно приблизить модели к нескольким независимым характеристикам настоящего Солнца — в том числе к его внутренней структуре и низкому содержанию лития.
Исследователь отдельно проверял другие возможные объяснения расхождений: изменения непрозрачности вещества, особенности перемешивания и другие параметры звёздной модели. Они улучшали результат, но полностью заменить сценарий с поглощением планеты в расчётах не смогли.
Но откуда возле Солнца взялась суперземля?
Сам этот сценарий появился достаточно давно. Ещё в 2016 году астрономы Ребекка Мартин и Марио Ливио пытались объяснить одну из самых заметных особенностей нашей системы: почему здесь нет суперземель, столь распространённых возле других звёзд.
Один из возможных вариантов заключается в том, что такие планеты могли формироваться в молодой Солнечной системе, а затем мигрировать по протопланетному диску всё ближе к звезде. В конечном счёте один из этих миров мог пересечь последнюю границу и упасть на молодое Солнце.
Новая работа не просто рассматривает возможность такого события, а пытается выяснить, могло ли оно оставить следы, которые доступны наблюдениям спустя миллиарды лет. О результатах исследования также сообщило Королевское астрономическое общество.
Получается довольно необычная картина ранней Солнечной системы. Там, где сегодня заканчивается орбита Меркурия и начинается практически пустое пространство вокруг Солнца, когда-то мог существовать гораздо более крупный мир.
Гипотеза есть, доказательств пока нет
Однако автор работы подчёркивает: считать существование исчезнувшей суперземли доказанным пока нельзя. Речь идёт о компьютерной модели, которая неожиданно хорошо воспроизводит несколько известных особенностей нашей звезды.
Проверить гипотезу можно будет иначе. Если будущие гелиосейсмические наблюдения позволят обнаружить именно такое распределение тяжёлых элементов и особенности внутренней структуры, какие предсказывает модель, аргументы в пользу древней планетной катастрофы станут значительно сильнее.
