У Солнца и обезьян нашлись родители

Процесс формирования Солнечной системы, начавшийся около 4,5 млрд лет назад, может оказаться совсем не таким, каким его представляют большинство учёных. Как показывают исследования группы астрономов университета Аризоны, вместо медленного самозарождения появление Солнечной системы может быть обязано присутствию недалеко от протосолнечного облака массивных звёзд.

Известно, что маломассивные звёзды вроде нашего Солнца могут образовываться, по крайней мере, по двум сценариям: сами по себе, в результате медленного сжатия первичного уплотнения в крупном облаке холодного межзвёздного газа, или внутри области бурного звёздообразования, где помимо карликов рождаются и очень массивные звёзды. Во втором случае сформировавшиеся первыми массивные звёзды влияют на картину звёздообразования вокруг себя – тогда астрономы говорят о «стимулированном звёздообразовании».

Появившаяся в пятничном номере журнала Science статья группы американских специалистов уверенно указывает на предпочтительность второго механизма образования Солнечной системы.

Это может иметь серьёзное значение для объяснения её устройства и, возможно даже, в объяснении химических условий зарождения жизни на Земле.

Исследования руководителя группы Джефри Эстера указывают на высокую эффективность стимулированного звёздообразования. Проведя наблюдения ряда так называемых эмиссионных туманностей – гигантских облаков горячего газа, нагретых излучением молодых звёзд, Эстер с коллегами обнаружил, что плотные молекулярные глобулы, в которых образуются звёзды, практически всегда находятся вблизи ярких краёв таких туманностей (на самом деле край туманности в большинстве случае является не границей, за которой газ отсутствует, а границей, за которой он не светится).

Звёзды высокой массы очень горячи и интенсивно излучают в ультрафиолетовом диапазоне. Отдельные фотоны этого излучения способны разрушать молекулы водорода на пары атомов и даже отрывать от атомных ядер сопровождающие их электроны; эти процессы называются фотодиссоциацией и фотоионизацией, соответственно. Звезда излучает непрерывно, поэтому на место фотонов, ионизовавших газ в данной области, сразу приходят новые. Поскольку поглощение в плазме гораздо менее эффективно, излучение может свободно двигаться дальше, пока не встретит на своём пути новое облако нейтрального газа и не поглотится, ионизовав его. Процесс продолжается непрерывно, и со стороны кажется, что область ионизованного водорода быстро расширяется, а граница между горячим ионизованным газом и холодным нейтральным, называемая ионизационным фронтом, быстро движется в пространстве.

Физические условия по разные стороны ионизационного фронта сильно отличаются. Из-за огромной разницы давлений образуется ударная волна, которая немного обгоняет ионизационный фронт. Именно она и сжимает исходное протозвёздное облако, давая толчок его последующему превращению в звезду или небольшую группу звёзд. Примерно через сотню тысяч лет до того же облака добирается ионизационный фронт, подставляя его под жёсткое ультрафиолетовое излучение массивных звёзд, которое быстро испаряет большую часть туманности, оставляя лишь самую плотную его часть. Поэтому важно, чтобы за эти сто тысяч лет – недолгий по космическим масштабам срок – облако успело достаточно сжаться. Результаты группы Эстера позволяют заключить, что это действительно возможно, хотя детальный механизм пока неясен.

Предложенный сценарий, по мнению планетологов, способен объяснить, например, чёткое различие свойств внутренней и внешней частей Солнечной системы.

Оказавшись внутри области ионизованного водорода, протопланетное облако более не защищено от жёсткого излучения, и его внешние слои просто выкипают. Лишь центральная часть будет достаточно плотной, чтобы сформировать крупные планеты. А снаружи остаются лишь небольшие тела, успевшие сформироваться ранее, наподобие астероидов или открытой недавно новой «планеты» Седны.

Если в окрестностях молодого Солнца действительно присутствовали горячие массивные звёзды, они должны были оставить ещё одно свидетельство. Массивные звёзды светят так ярко, что долго не живут. Ионизовав вокруг себя газ, поспособствовав процессу звёздообразования и исчерпав при этом запасы ядерного горючего, они через несколько миллионов лет взрываются, как сверхновые. Непосредственно перед взрывом и даже в процессе его звезда производит тяжёлые химические элементы вплоть до урана и редкие короткоживущие изотопы более лёгких элементов, например изотоп железа-60. Оказалось, что продукты его распада содержатся в метеоритах, которые найдены на Земле и, как предполагается, обладают химическим составом протопланетного облака, не искажённым процессами, происходящими на поверхностях и в недрах планет. На самой же Земле радиоактивный распад мог привести к нагреванию недр, запуская механизм её геологической эволюции.

Некоторые исследователи даже считают, что и быстрое превращение обезьяны в человека за последние несколько миллионов лет могло начаться из-за ускоренных генных мутаций, вызванных наличием радиоактивных элементов в отдельных африканских регионах.

Авторы статьи в Science не без основания называют обнаружение этих изотопов ключевым подтверждением своей гипотезы. Впрочем, взрыв сверхновой неподалёку от протопланетного облака и наличие соответствующих изотопов предполагаются не только в этой теории, но являются важным элементом многих других сценариев образования Солнца и, в особенности, его планетной системы. Поэтому данные по метеоритам одновременно могут служить аргументом и в их пользу.