Вселенная штампует Земли как на конвейере? Новая теория намекает, что мы не одни

Вопрос о том, насколько во Вселенной распространены «землеподобные» каменистые планеты, упирается не только в воду и орбиту, но и в радиоактивный «подогрев» на старте. Авторы работы предлагают новый сценарий, объясняющий, как ранняя Солнечная система могла получить нужную дозу короткоживущих радиоактивных изотопов, не потеряв при этом протопланетный диск, и делают вывод: условия, похожие на наши, могли быть куда обычнее, чем считалось.

В нашей системе формирование земного типа планет, по сути, шло под влиянием тепла от распада короткоживущих радионуклидов, прежде всего алюминия-26. Такое тепло, как предполагается, помогало разогревать и «высушивать» ранние тела — планетезимали, заставляя их терять часть воды и летучих веществ.

Анализ метеоритов указывает, что в самом начале существования Солнечной системы присутствовал набор подобных изотопов с периодами полураспада меньше 5 миллионов лет, и это были не локальные следы, а глобальная картина по диску. При этом одних лишь запасов, унаследованных из молекулярного облака, по расчетам недостаточно: изотопы распадаются слишком быстро, а еще трудно объяснить наблюдаемую неоднородность по алюминию-26 в самых ранних включениях.

Долгое время главным кандидатом на источник таких изотопов считалась близкая сверхновая, «впрыснувшая» продукты взрыва в протосолнечный диск. Но у этого подхода сразу две проблемы: существующие модели плохо сходятся с относительными долями разных изотопов, а «дистанция успеха» получается опасно малой. Если сверхновая слишком близко, она способна разрушить диск; если дальше — не дает нужного количества вещества. Отдельные комбинированные идеи пытались «развести роли» между сверхновой и другими механизмами, например синтезом в протосолнечных вспышках, но и там оставались расхождения по величинам, а также вопрос о том, как такой локальный процесс мог бы равномерно «раскидать» изотопы по всему диску.

Новый предложенный механизм авторы называют «погружением». Суть в том, что при взрыве сверхновой рядом с молодой звездой протопланетный диск не просто получает часть изотопов из выброса, но еще и оказывается буквально «окутан» областью ударной волны, где удерживаются ускоренные частицы — захваченные космические лучи. Эти частицы, по задумке, бомбардируют газ и мелкие зерна по всему диску и запускают неравновесный синтез изотопов прямо на месте. В одном сценарии удается совместить два вклада: одни изотопы приходят инъекцией из сверхновой, другие рождаются в диске под облучением, и вместе это приближает расчетные значения к тем, что реконструируются по метеоритам, в пределах общей неопределенности порядка величины.

Ключевой деталью становится расстояние: около одного парсека, то есть заметно дальше «разрушительного» порога. На такой дистанции диск должен выживать, а условия для облучения остаются реалистичными, потому что давление ударной волны способно сжать гелиосферу до масштабов меньше земной орбиты и фактически убрать магнитный «щит», мешающий частицам добраться до вещества диска. По оценкам авторов, частицы с энергиями до примерно 1 ГэВ могут проникать в зерна размером до нескольких сантиметров, поэтому речь идет не о точечном эффекте на краю системы, а о процессе, потенциально влияющем на значительную часть материала.

Дальше авторы делают шаг от химии метеоритов к статистике звездных скоплений. Если Солнце формировалось в звездном скоплении, то вероятность пережить хотя бы один взрыв сверхновой в пределах примерно одного парсека во время жизни диска оказывается высокой для типичных условий, а значит само по себе такое «погружение» не выглядит редкой удачей.

В итоге специалисты приходят к оценке, что заметная доля солнцеподобных звезд — как минимум порядка 10%, а возможно и до половины — могла получить похожие запасы короткоживущих радионуклидов. А раз количество алюминия-26 может влиять на то, насколько водными или, наоборот, «сухими» станут каменистые планеты, то и миры земного типа, по мысли авторов, в Галактике должны встречаться чаще, чем предполагали модели, в которых Солнечная система выглядела исключением.