Незвичайний хімічний склад Сонця та загадкові особливості руху звукових хвиль у його надрах можуть бути наслідками космічної катастрофи, що сталася мільярди років тому. Нове дослідження припускає, що під час формування Сонячної системи наша зоря могла поглинути кам’янисту планету, маса якої у 5,6 раза перевищувала земну.
Астрофізики вже багато століть вивчають зорі, намагаючись зрозуміти, як вони формуються, з чого складаються та як змінюються протягом свого існування. Однак навіть найближча до нас зоря — Сонце — досі приховує чимало загадок.
Нове дослідження, опубліковане в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, пропонує можливе пояснення одразу кількох незвичайних властивостей Сонця. Автор роботи — професор Егейського університету в Туреччині Мутлу Їлдиз.
Куди зник літій із Сонця?
Однією з давніх загадок є надзвичайно низький вміст літію у зовнішніх шарах Сонця.
Вважається, що протосонячна туманність, із якої приблизно 4,6 мільярда років тому сформувалися Сонце та планети, містила значно більше цього хімічного елемента. За оцінками науковців, його кількість у первісній речовині могла бути приблизно у 100 разів більшою, ніж нині спостерігається у зовнішній оболонці Сонця.
Куди подівся літій?
Однозначної відповіді на це запитання поки що немає. Відомо, що в надрах Сонця літій може руйнуватися під дією високих температур. Проте стандартні моделі еволюції зорі не повністю пояснюють спостережуваний рівень його дефіциту.
Їлдиз припустив, що відповідь може бути пов’язана з подіями, які відбувалися ще на ранніх етапах існування Сонячної системи.
Швидкість звуку в надрах Сонця не відповідає моделям
Інша загадка стосується конвективної зони Сонця — шару, розташованого під його зовнішньою поверхнею.
У цій області енергія переноситься завдяки руху розпеченої плазми. Гаряча речовина піднімається вгору, а холодніша опускається вниз, створюючи складні потоки, подібні до процесів кипіння.
За допомогою геліосейсмології — методу дослідження внутрішньої будови Сонця за коливаннями та поширенням звукових хвиль — астрономи можуть вивчати його надра.
Подібно до того, як сейсмічні хвилі на Землі допомагають досліджувати внутрішню будову нашої планети, сонячні коливання дають змогу визначати характеристики різних шарів зорі.
Проте вимірювання показали, що швидкість звуку поблизу нижньої межі конвективної зони не повністю відповідає прогнозам сучасних моделей Сонця.
Ця невідповідність свідчить про те, що в наших уявленнях про внутрішню будову зорі може бути певна прогалина.
Чи могло Сонце поглинути планету?
Щоб перевірити свою гіпотезу, Мутлу Їлдиз змоделював різні сценарії еволюції Сонця. Він розглянув планети різного розміру та з різним хімічним складом і дослідив, як їхнє можливе поглинання могло вплинути на внутрішню будову зорі.
В одному зі сценаріїв виявилося, що поглинання великої кам’янистої планети могло б пояснити одразу кілька особливостей Сонця.
«Моделюючи еволюцію Сонця та порівнюючи результати з точними спостереженнями його внутрішньої будови, ми виявили, що поглинання суперземлі могло б пояснити давні розбіжності між стандартними моделями Сонця та спостереженнями, зокрема незначні зміни у внутрішній структурі зорі та знижений вміст літію», — розповів науковець Королівському астрономічному товариству.
Якою могла бути поглинута планета?
Модель, яка найкраще відтворює відомі характеристики Сонця, передбачає існування планети з такими параметрами:
- Тип: кам’яниста суперземля.
- Маса: приблизно у 5,6 раза більша за масу Землі.
- Хімічний склад: збіднений на літій.
- Можливе розташування: поблизу Сонця на ранніх етапах формування Сонячної системи.
Суперземлями називають планети, маса яких перевищує земну, але є меншою за масу крижаних гігантів на кшталт Нептуна. Такі планети досить часто виявляють біля інших зір.
Астрономічні спостереження також свідчать, що міграція планет — зміна їхніх орбіт під дією гравітаційних взаємодій — є поширеним явищем у планетних системах.
Тому сценарій, за якого велика планета сформувалася поблизу Сонця, а згодом через гравітаційні взаємодії почала наближатися до нього й зрештою була поглинута, не суперечить загальним уявленням про формування планетних систем.
Що відбувається з планетою після поглинання?
Якщо планета наближається до зорі та занурюється в її зовнішні шари, вона зазнає впливу надзвичайно високих температур і потужних гравітаційних сил.
Залежно від її складу, розміру та глибини проникнення, планета може частково або повністю зруйнуватися. Її речовина змішується з плазмою зорі, потенційно змінюючи її хімічний склад і внутрішню структуру.
Саме такі процеси дослідник намагався відтворити за допомогою комп’ютерних моделей.
Результати показали, що гіпотеза про поглинання суперземлі може узгоджуватися не лише з проблемою дефіциту літію та особливостями швидкості звуку, а й з іншими характеристиками Сонця, зокрема:
- глибиною конвективної зони;
- хімічним складом зовнішніх шарів;
- особливостями внутрішньої будови зорі.
Чи справді в надрах Сонця є залишки планети?
Наразі це лише наукова гіпотеза, а не доведений факт.
Дослідження не підтверджує, що Сонце дійсно поглинуло планету. Воно демонструє, що такий сценарій теоретично може пояснити кілька спостережуваних особливостей нашої зорі.
Водночас автор роботи вважає, що наслідки подібної події могли залишити певні сліди, які в майбутньому вдасться виявити за допомогою точніших спостережень.
«Наша стаття порушує питання, чи може саме Сонце досі зберігати спостережувані свідчення такого поглинання. Ми вважаємо, що це можливо. Наступний крок — з’ясувати, чи можна незалежно виявити ці сліди», — зазначив Мутлу Їлдиз.
Науковцям ще належить перевірити, чи справді незвичайні властивості Сонця є наслідками давнього поглинання планети, чи їх можна пояснити іншими процесами. Проте дослідження демонструє, що навіть після мільярдів років історія формування Сонячної системи може бути прихована у внутрішній будові нашої зорі.
Джерело
Матеріал підготовлено на основі публікації про дослідження Мутлу Їлдиза в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society та повідомлення Королівського астрономічного товариства.
Наукова стаття: Fingerprints inside Sun could reveal if it once swallowed a planet.
