Что послужило основанием для формирования нашего маленького уголка вселенной - нашего Солнца и планетной системы? В течение нескольких десятилетий ученые думали, что Солнечная система сформировалась в результате ударной волны от взрывающейся звезды - сверхновой, которая спровоцировала коллапс плотного пылевого газового облака, которое затем сжалось, образовав Солнце и планеты. Но подробные модели этого процесса формирования работали только в упрощенном предположении, что температуры во время насильственных событий оставались постоянными. Это, конечно, очень маловероятно. Но теперь астрофизики из Департамента земного магнетизма Института Карнеги (DTM) впервые показали, что сверхновая действительно могла вызвать формирование Солнечной системы в более вероятных условиях быстрого нагрева и охлаждения. Так решили ли эти новые выводы эту давнюю дискуссию?
«У нас есть химические свидетельства метеоритов, которые указывают на сверхновую, запускающую формирование нашей Солнечной системы с 1970-х годов», - отметил ведущий автор Алан Босс из Карнеги. «Но дьявол был в деталях. До этого исследования ученые не могли выработать самосогласованный сценарий, когда коллапс запускается в то же время, когда вновь созданные изотопы сверхновой звезды вводятся в коллапсирующее облако ».
Короткоживущие радиоактивные изотопы - разновидности элементов с одинаковым количеством протонов, но с разным числом нейтронов - обнаруженные в очень старых метеоритах, распадаются на временных масштабах в миллионы лет и превращаются в разные (так называемые дочерние) элементы. Нахождение дочерних элементов в примитивных метеоритах подразумевает, что родительские короткоживущие радиоизотопы должны были быть созданы всего за миллион лет до того, как сами метеориты были сформированы. «Один из этих родительских изотопов, железо-60, может быть получен в значительных количествах только в мощных ядерных печах массивных или развитых звезд», - объяснил Босс. «Железо-60 распадается на никель-60, а никель-60 был обнаружен в примитивных метеоритах. Итак, мы знаем, где и когда был изготовлен родительский изотоп, но не знаем, как он сюда попал ».
Предыдущие модели Босса и бывшего сотрудника DTM Пруденс Фостер показали, что изотопы могут быть помещены в предсолнечное облако, если ударная волна от взрыва сверхновой замедлится до 6-25 миль в секунду, а волна и облако имели постоянную температуру - 440 ° F (10 К). «Эти модели не работали, если материал был нагрет компрессией и охлажден радиацией, и эта загадка оставила серьезные сомнения в сообществе о том, начал ли шок сверхновой эти события более четырех миллиардов лет назад или нет», - отметил Харри Ванхала. который нашел отрицательный результат в своей докторской диссертации дипломная работа в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики в 1997 году.
Используя адаптивный гидродинамический код уточнения сетки FLASH2.5, разработанный для обработки ударных фронтов, а также улучшенный закон охлаждения, исследователи Карнеги рассмотрели несколько различных ситуаций. Во всех моделях фронт удара ударил до солнечного облака с массой нашего Солнца, состоящей из пыли, воды, оксида углерода и молекулярного водорода, достигнув температуры до 1340 ° F (1000 K). При отсутствии охлаждения облако не могло разрушиться. Тем не менее, благодаря новому закону охлаждения они обнаружили, что через 100 000 лет предсолнечное облако стало в 1000 раз плотнее, чем раньше, и что тепло от фронта удара было быстро потеряно, в результате чего образовался только тонкий слой с температурами, близкими к 1340 ° F. (1000 К). Через 160 000 лет облачный центр рухнул и стал в миллион раз плотнее, образовав протозон. Исследователи обнаружили, что изотопы с фронта шока были смешаны с протозоной в соответствии с их происхождением в сверхновой.
«Впервые была продемонстрирована работоспособность детальной модели сверхновой, запускающей формирование нашей солнечной системы», - сказал Босс. «Мы начали с Малого взрыва через 9 миллиардов лет после Большого взрыва».
Источник: Институт науки Карнеги
