Słońce ma w swojej historii epizod, który jeszcze dzisiaj może powodować ciarki. Nasza gwiazda mogła na wczesnym etapie swojej historii pochłonąć planetę większą od Ziemi. Nowe badanie poszło o krok dalej, sugerując, iż takie wydarzenie mogło pozostawić po sobie wykrywalne ślady wewnątrz Słońca, widoczne do dziś.
Słońce daje nam życie, ale potrafi być też zabójczo niebezpieczne. O równego rodzaju rozbłyskach wiemy już całkiem sporo, ale teraz okazuje się, iż Słońce może być też pożeraczem planet. Dosłownie.
Dla Słońca wchłonięcie planety wielkości Ziemi to oczywiście dziecinna igraszka, tym bardziej, iż taka planeta jest dla naszej gwiazdy zaledwie pyłkiem. Co ciekawe, naukowcy twierdzą jednak, iż po takiej zagładzie w naszej gwieździe mógł pozostać ślad.
Koncepcja odcisków palców po tej morderczej uczcie, jakie pozostały we współczesnym wnętrzu Słońca, przedstawiona została w arcyciekawym badaniu opublikowanym własnie w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nasze nowe badania wskazują, iż planeta kilkakrotnie masywniejsza od Ziemi mogła spaść na młode słońce i pozostawić w nim głęboki ślad chemiczny. Modelując ewolucję Słońca i porównując wyniki z precyzyjnymi obserwacjami jego wnętrza, odkryliśmy, iż pochłonięcie superziemi może pomóc wyjaśnić długotrwałe różnice między standardowymi modelami Słońca a obserwacjami, w tym subtelne zmiany w wewnętrznej strukturze Słońca i wyczerpanie jego zasobów litu – powidział Mutlu Yildiz, profesor Uniwersytetu Ege w Turcji.
Naukowcy odkryli również, iż taki świat mógłby przetrwać przejście przez zewnętrzne warstwy Słońca, tracąc przy tym bardzo kilka masy, co sugeruje, iż planety mogą pozostawiać wykrywalne ślady wewnątrz swoich gwiazd macierzystych długo po ich zniknięciu.
Dlaczego u nas nie ma superziemi?
Słońce powstało około 4,6 mld lat temu z obłoku gazu i pyłu. Wokół młodej gwiazdy znajdował się dysk protoplanetarny, w którym stopniowo formowały się planety. Materia nie pozostawała przy tym nieruchoma. Gaz i powstające zalążki planet oddziaływały ze sobą, a część obiektów mogła zmieniać swoje orbity.
Nowe badanie powołuje się na wcześniejsze badania przeprowadzone dekadę temu, które sugerowały, iż jedna lub więcej superziemi mogło powstać wewnątrz orbity Merkurego, a następnie migrować do wewnątrz dysku gazowego, potencjalnie spadając na młode Słońce.
W innych układach planetarnych astronomowie znaleźli wiele planet określanych jako super-Ziemie. Są to światy większe i masywniejsze od naszej planety, ale mniejsze od Neptuna. W Układzie Słonecznym takiego obiektu nie ma. Jednym z możliwych wyjaśnień jest scenariusz, w którym podobna planeta powstała w pobliżu Słońca, a następnie wskutek oddziaływań z dyskiem protoplanetarnym zaczęła zbliżać się do gwiazdy.
Ostatecznie mogła przekroczyć granicę, zza której nie było już powrotu.
Słońce skrywa informacje o swojej przeszłości
Gwiazdy nie są jednolitymi kulami gorącego gazu. W ich wnętrzach zachodzą skomplikowane procesy, a rozkład temperatury, gęstości i składu chemicznego zmienia się wraz z głębokością. W przypadku Słońca możemy część tych informacji odtworzyć dzięki heliosejsmologii.
To odpowiednik sejsmologii stosowanej do Ziemi, z tą różnicą, iż zamiast fal wywołanych trzęsieniami ziemi naukowcy analizują fale rozchodzące się przez wnętrze Słońca. Ich obserwacja pozwala określić między innymi, jak zmienia się prędkość dźwięku wewnątrz gwiazdy i gdzie znajduje się granica strefy konwekcyjnej.
I właśnie tutaj pojawia się jeden z problemów współczesnych modeli Słońca. Standardowe modele ewolucji gwiazd nie zawsze potrafią jednocześnie odtworzyć obserwowaną strukturę prędkości dźwięku tuż pod strefą konwekcyjną oraz jej głębokość.
Zagadką jest także bardzo mała ilość litu
Drugi element układanki stanowi lit. Na powierzchni Słońca znajduje się go znacznie mniej, niż można byłoby oczekiwać na podstawie prostych modeli opisujących jego ewolucję.
Lit jest szczególnie interesujący, ponieważ łatwo ulega zniszczeniu w wysokiej temperaturze. jeżeli materiał zawierający lit zostanie przeniesiony do odpowiednio gorących warstw gwiazdy, pierwiastek może zostać zniszczony w reakcjach jądrowych.
Naukowcy sprawdzili więc, czy historia związana z pochłonięciem planety mogłaby jednocześnie wpłynąć na strukturę wnętrza Słońca i jego skład chemiczny.
Interesowało nas, czy problemy te mogą mieć wspólne źródło we wczesnej historii chemicznej Słońca. Ponieważ planety zbudowane są z materiału, który pod względem chemicznym różni się od gazu w dysku, zastanawialiśmy się, czy wczesne pochłonięcie planety mogło pozostawić ślad chemiczny wewnątrz młodego Słońca – wyjaśnił Yildiz.
Do obliczeń wykorzystali kod MESA, czyli narzędzie służące do modelowania ewolucji gwiazd. Przetestowali różne scenariusze dopływu materii do młodego Słońca, a następnie porównali uzyskane modele z obserwowanymi adekwatnościami naszej gwiazdy.
W obliczeniach uwzględniano również alternatywne możliwości związane między innymi z równaniem stanu materii, nieprzezroczystością oraz sposobem opisywania turbulentnego i konwekcyjnego mieszania.
Planeta mogła nie wyparować od razu
Można byłoby założyć, iż planeta wpadająca w Słońce zostałaby natychmiast rozerwana i całkowicie wymieszana z jego zewnętrznymi warstwami. Symulacje wskazują jednak, iż sprawa może być bardziej skomplikowana.
Według badaczy super-Ziemia mogłaby przejść przez zewnętrzne warstwy młodego Słońca, tracąc przy tym stosunkowo niewielką część swojej masy. o ile rzeczywiście tak się dzieje, materiał pochodzący z planety mógłby zostać dostarczony głębiej do gwiazdy.
Ma to znaczenie, ponieważ planety powstają z materii o składzie różniącym się od materiału, z którego zbudowana jest gwiazda. Pochłonięcie planety może więc pozostawić w jej wnętrzu chemiczną sygnaturę.
Nie chodzi przy tym o coś w rodzaju fragmentu planety, który można byłoby odnaleźć we wnętrzu Słońca. Mowa raczej o subtelnej zmianie proporcji poszczególnych pierwiastków i zmianach struktury materii, które mogłyby przetrwać bardzo długo.
Planeta o masie choćby 10 razy większej od Ziemi
Wyniki badań przemawiają za scenariuszem, w którym młode Słońce pochłonęło superziemię o masie od pięciu do dziesięciu razy większej od masy Ziemi.
Co ważne, ich modelowanie wyjaśnia więcej niż tylko jedną zagadkę. Jednocześnie pokrywa się z kilkoma niezależnymi pomiarami Słońca, w tym obserwacjami jego wnętrza i niezwykle niską zawartością litu.
Myśleliśmy, iż pochłonięcie planety może wpłynąć na strukturę Słońca, ale nie spodziewaliśmy się, iż obliczenia potwierdzą tak konkretny zakres masy superziemi – powiedział Yildiz.
Dodał, iż chociaż nie da się ostatecznie udowodnić, iż Słońce pochłonęło planetę, to jeżeli przewidywany ślad strukturalny i chemiczny udałoby się niezależnie zidentyfikować dzięki obserwacji heliosejsmicznych lub innych, stanowiłoby to mocny dowód na to, iż takie wydarzenie miało miejsce miliardy lat temu.
Główna ilustracja: Wizja artystyczna gwiazdy pochłaniającej planetę. Niebieska linia wyznacza tor planety, która spiralnie zbliża się do gwiazdy i ostatecznie się z nią zderza. Źródło: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) (CC BY 4.0)
