В ранней Солнечной системе могла существовать крупная каменистая планета, которая приблизилась к Солнцу и исчезла внутри звезды. Новое исследование показало, что поглощение суперземли массой примерно от пяти до 10 Земель помогает одновременно объяснить несколько давних странностей во внутреннем строении Солнца.
Астрофизик Мутлу Йылдыз из Эгейского университета смоделировал раннюю эволюцию Солнца с помощью программы MESA. В расчётах молодая звезда сначала поглощала богатое тяжёлыми элементами вещество гипотетической планеты, а затем получала бедный металлами газ из протопланетного диска, состав которого уже изменился в процессе формирования планет.
Лучшее совпадение с наблюдениями дала модель, в которой Солнце поглотило суперземлю массой около 5,6 Земли. Другие близкие по качеству варианты указывают на диапазон от пяти до 10 земных масс. Йылдыз дал гипотетическому погибшему миру имя Dev Dilek.
Планетное вещество в расчётах прошло через внешнюю конвективную оболочку и скопилось глубже, непосредственно под конвективной зоной. Повышенная концентрация тяжёлых элементов изменила прозрачность солнечного вещества и внутреннюю структуру звезды. В результате расчётная модель стала лучше соответствовать данным гелиосейсмологии, которая позволяет изучать недоступные наблюдению слои Солнца по распространению акустических волн.
Одна из давних проблем солнечных моделей связана со скоростью звука под конвективной зоной. Стандартные расчёты дают немного меньшую скорость, чем показывают гелиосейсмические наблюдения, а положение нижней границы конвективной зоны тоже не полностью совпадает с измерениями. Йылдыз проверил альтернативные варианты, включая изменение прозрачности вещества, уравнения состояния и разные способы описания турбулентного и конвективного перемешивания. Подобные поправки улучшали результат лишь частично, тогда как добавление поглощённого планетного вещества давало более близкое совпадение сразу по нескольким параметрам.
Вторая загадка связана с литием. Солнечная поверхность содержит намного меньше лития, чем предполагается для вещества, из которого сформировалась Солнечная система. Модель воспроизводит наблюдаемое истощение лития, если погибшая планета сама содержала мало такого элемента и имела массу от 4,6 до 5,8 Земли. Близость диапазона к массе, полученной из гелиосейсмических данных, стала одним из главных аргументов в пользу рассматриваемого сценария.
Расчёты также показывают, что компактная каменистая суперземля могла пройти через конвективную оболочку молодого Солнца почти без потери массы. Аэродинамическое сопротивление и разрушение вещества в таком сценарии не мешают планете доставить тяжёлые элементы достаточно глубоко, чтобы химический след сохранился в структуре звезды миллиарды лет.
Сама идея потерянной суперземли появилась раньше. Ребекка Мартин и Марио Ливио ещё в 2016 году предположили, что крупные планеты могли сформироваться во внутренней части Солнечной системы, а затем мигрировать к звезде через газовый диск. При подходящих условиях подобные миры могли пройти область внутри современной орбиты Меркурия и в конце концов упасть на Солнце.
Подобный сценарий особенно интересен из-за необычной архитектуры Солнечной системы. Возле многих других звёзд астрономы находят суперземли на очень тесных орбитах, тогда как возле Солнца планет такого класса нет, а пространство внутри орбиты Меркурия осталось пустым. Поглощение ранней суперземли предлагает возможное объяснение сразу для отсутствующей внутренней планеты и особенностей современного Солнца.
Исследование не доказывает, что суперземля действительно существовала и погибла в Солнце. Работа показывает, что подобный сценарий физически возможен и лучше согласует модель звезды с несколькими независимыми наблюдениями. Для проверки гипотезы потребуется независимо обнаружить предсказанный химический и структурный след внутри Солнца и отделить влияние древнего поглощения планеты от других процессов перемешивания вещества.
