Почему кометы возрастом в миллиарды лет хранят следы жара

Кометы, сформировавшиеся в ледяных окраинах Солнечной системы, содержат минералы, которым, казалось бы, там не место. Кристаллические силикаты рождаются при экстремально высоких температурах, но стабильно обнаруживаются в самых холодных телах. Новое исследование наконец предлагает убедительное объяснение этого парадокса. Об этом сообщает журнал Nature.

Загадка горячих минералов в холодных кометах

Кометы формируются в поясе Койпера и облаке Оорта — регионах, где температуры крайне низки. Тем не менее в их ядрах регулярно находят кристаллические силикаты, такие как форстерит и энстатит. Эти минералы могут образовываться только при нагреве выше 900 кельвинов — условиях, характерных для внутренних областей протопланетного диска, ближе к звезде.

Кристаллические силикаты — основа каменистых планет. На Земле они составляют большую часть коры и мантии. Их присутствие в кометах давно указывало на то, что в ранней Солнечной системе существовал механизм переноса вещества из горячих зон в холодные, однако прямых наблюдательных доказательств этого процесса не хватало. Ранее внимание ученых уже привлекали активные процессы, связанные с тем, как ведут себя кометы в других планетных системах.

Аккреционные вспышки как "печь" для минералов

Международная команда под руководством профессора Чон Ын Ли из Сеульского национального университета сосредоточилась на изучении молодой протозвезды EC 53, расположенной примерно в 1400 световых годах от Земли. Этот объект известен своей регулярностью: каждые 18 месяцев он переживает мощную аккреционную вспышку продолжительностью около 100 дней.

С помощью космического телескопа JWST ученые зафиксировали появление кристаллических силикатов исключительно во время этих вспышек. Это указывает на то, что минералы формируются прямо во внутреннем, сильно нагретом диске в моменты резкого притока вещества к звезде.

Как минералы покидают внутренний диск

Аккреционные вспышки сопровождаются не только нагревом, но и мощными дисковыми ветрами. JWST зафиксировал у EC 53 сильные выбросы вещества, способные поднимать недавно сформированные кристаллические силикаты и переносить их во внешние области диска — туда, где впоследствии формируются кометы.

"Слоистые выбросы EC 53 могут поднимать эти новообразованные кристаллические силикаты и переносить их наружу, словно по космической магистрали", — объясняет Чон Ын Ли.

Телескоп позволил не только определить типы минералов, но и отследить их пространственное распределение до и во время вспышек, что стало ключевым аргументом в пользу этой модели.

Подтверждение старой гипотезы

Идея о том, что протозвезды сначала создают кристаллические силикаты, а затем разносят их по диску с помощью ветров, обсуждалась и ранее. Однако лишь сейчас удалось наблюдать весь процесс в одной системе — от кристаллизации до потенциального переноса.

"Наблюдая образование кристаллических силикатов во время вспышки, мы показываем, что внутренний диск — место их рождения, а наличие ветра дает реальный механизм переноса наружу", — подчеркивает соавтор работы Дуг Джонстон.

Что это значит для истории Солнечной системы

Исследователи считают, что раннее Солнце могло переживать похожие аккреционные вспышки. В таком сценарии кристаллические силикаты формировались во внутреннем диске и затем переносились в холодные, кометообразующие области на расстоянии десятков астрономических единиц.

Это объясняет, почему в современных кометах находят минералы, которые по всем законам термодинамики не могли возникнуть на месте. Новые данные делают картину ранней эволюции планетных систем более связной и физически обоснованной, дополняя представления о том, как формируются планетные системы у молодых звёзд.