Астрономія
Астрономія

Веста вказала на непричетність поясу астероїдів до формування планет

Астрономи дослідили мантію і кору найбільшого тіла поясу астероїдів — Вести — та дійшли висновку, що вона сформувалася у більшості з матеріалів, які належать внутрішній Сонячній системі, а зокрема планетам земної групи. Так зіткнення з іншими астероїдами Весту спіткали лише в останні чотири мільярди років її історії, а мантію і кору вона нарощувала у перші 60 мільйонів років, причому з сидерофільних елементів. Це свідчить про акрецію планетезималей з області планет земної групи, а також про те, що пояс астероїдів не брав участі у їхньому формуванні та, можливо, ніколи не мав більшої маси, ніж ми бачимо зараз. Статтю вчені опублікували у Nature Astronomy.

З чого складається Сонячна система?

Окрім міжзоряної речовини, транснептунових об'єктів та комет, Сонце оточує вісім планет та пояс астероїдів, у якому мешкають «батьки» більшості метеоритів, які коли-небудь потрапляли на Землю. Приблизно шість відсотків з них складають астероїди з сімейства Вести — другого за розмірами астероїда у головному поясі — а сама вона є материнським тілом говардит-евкрит-діогенітових метеоритів (HED meteorites), які складають третину всіх знайдених на Землі. Вважається, що вони утворилися в результаті зіткнень Вести, після яких на поверхні астероїда утворилося два великих кратера — Вененейя (Veneneia) і Реясільвія (Rheasilvia). Їхній вік оцінюють приблизно у 22 мільйони років, що дає змогу розібратися в історії зміни мінерального і хімічного складу ранньої Сонячної системи.

Зокрема, обмежити кількість зіткнень космічних тіл допомагають високосидерофільні елементи, які разом з залізом беруть участь у складанні ядер планет. Реній, осмій, іридій, платина та інші близькі до заліза елементи, розподіляються у внутрішню частину планет під час формування ядра і не присутні у мантії та корі, хоча натомість містяться у примітивних астероїдах. І наприклад, аномалії рівня іридію відображають глобальний розподіл матеріалу метеорита після якої-небудь ударної події, тож за ними їхню історію і можна відстежити. І тому, враховуючи, що Веста розділилася на ядро і мантію, а заразом і позбавилася цих елементів, за їхньою присутністю на ній можна відтворити еволюцію інтенсивності зіткнень на ранніх етапах історії Сонячної системи, яка поки залишається невідомою. Їх мали приносити наступні зіткнення, які датуватимуться вже першим мільйоном років після конденсації перших твердих тіл Сонячної системи. Оцінкою вмісту високосидерофільних елементів на поверхні Вести зайнялися дослідники Каліфорнійського університету, порівнюючи їхню кількість у корі та мантії астероїда.

Хто стикався з Вестою?

На Весті з огляду на швидкість її формування випробували два сценарії зіткнень: з астероїдами з головного поясу та матеріалами внутрішньої Сонячної системи. Важливо врахувати, що спочатку пояс астероїдів був у тисячу разів масивнішим, але зменшився у чотири рази протягом перших 150 мільйонів років. Своїх сучасних розмірів він мав набути всього чотири мільярди років тому, тож Веста мала б із ним стикатися. Так вчені змоделювали випадкові кути удару і розподіл швидкостей ударних тіл, а потім розрахували їхній внесок у масу Вести. Вони виходили з того Місяць успішно акреціює тільки близько однієї третини ударної маси. І оскільки Веста набагато менша, їй би знадобилося більше зіткнень з ударними тілами діаметром більше кілометра. У результаті сценарій, який передбачає зіткнення з тілами головного поясу, міг би наділити Весту у чотири рази меншою масою, ніж вона є. Тому його астрономи віднесли до малоймовірних. Затим вчені змоделювали зіткнення ранньої Вести з планетезималями, що дісталися її з області планет земної групи. Ця модель передбачає ранню нестабільність планети-гіганта, яка залишила популяцію планетезималей, які і стануть основним джерелом зіткнень як для Вести, так і протоземлі.

До чого тут Земля?

Результати моделювання показують, що мантія Вести швидко збільшила свою частку високосидерофільних матеріалів після формування ядра і досягла нижньої межі маси вже в перші 60 мільйонів років. Це контрастує з тим, що високосидерофільні матеріали накопичувалися тільки протягом короткого тимчасового вікна між утворенням ядра і кори, тому що кора ізолювала мантію від нових матеріалів, що приносили ударні тіла. Але узгоджується з тим, що велика кількість кратерів на Місяці з’явилася близько 3,9 мільярда років тому — основи гіпотези про пізнє важке бомбардування у Сонячній системі. Після 60 мільйонів років мантія все ще нарощує масу, але накопичений таким чином матеріал залишиться у верхньому шарі поблизу місця удару, тому за ним можна судити про те, які саме тіла атакували планети і об'єкти внутрішньої Сонячної системи. І згідно з результатами моделі, саме планетезималі з неї були переважаючим джерелом ударного потоку в цей час. Моделювання зіткнення також підтверджує появу кратерів Вененейя і Реясільвія, хоча останній на думку дослідників міг утворити і удар з тілом з головного пояса. Переважання популяції планетезималей як джерела матеріалу для пызньої акреції всіх внутрішніх тіл Сонячної системи передбачає сильну концентрацію твердої маси у кільцевому просторі у районі планет земної групи, у той час як пояс астероїдів ніколи не був значно більшим, а тому не міг дати стільки матеріалу.

Такий спотворений розподіл маси також може пояснити невелику масу Марса порівняно з Землею і менший період акреціювання матеріалів ним. Вчені вважають, що за умови такого формування Вести, всі основні тіла у внутрішній Сонячній системі акреціювали саме планетезималі переважно з області планет земної групи. Однак чи були вони з протопланетного диска Сонця або наслідеом нестабільності під час формування планет-гігантів, ще належить з'ясувати.

Веста як другий після Церери астероїд за розмірами, залишила після себе багато «слідів» у Сонячній системі. Так її уламки відшукали на астероїді Бену та астероїді 2018 LA, що впав 2 червня 2018 року над Ботсваною.


Фото в анонсі: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA