Алмазы с погибшей протопланеты нашли в метеорите

Исследователи из Франции, Германии и Швейцарии показали, что алмазы из урейлитов Альмагата Ситта, скорее всего, образовались внутри протопланеты с характерными размерами, сравнимыми с размерами Меркурия или Марса. Для этого ученые исследовали алмазы с помощью просвечивающей электронной микроскопии, спектроскопии характеристических потерь энергии электронами и рентгеновской спектроскопии, и показали, что они могли сформироваться только при давлении более двухсот тысяч атмосфер. Статья опубликована в Nature Communications.

В настоящее время ученые считают, что на ранних этапах эволюции Солнечной системы вокруг Солнца обращалось порядка ста крупных протопланет, самая маленькая из которых была сравнима с Луной, а самая большая — с Марсом. Со временем такие «планетные зародыши» сталкивались и сливались друг с другом, разрушались или выбрасывались за пределы системы, и в конце концов образовали восемь известных на данный момент планет. Например, именно таким образом сформировались Земля и Марс.

Предполагается, что малая часть массы «планет-зародышей» должна была остаться в Солнечной системе в виде астероидов, которые время от времени падают на поверхность Земли. Основными кандидатами на роль таких метеоритов выступают урейлиты, химический состав которых существенно отличается от состава других типов метеоритов и свидетельствует в пользу их протопланетного происхождения. Тем не менее, надежных доказательств этой гипотезы пока найдено не было. Например, формирование алмазов в урейлитах можно объяснить не только высоким давлением в недрах протопланеты, но также превращениями графита под действием ударной волны или химическим осаждением из богатого углеродом газа, входящего в состав протопланетного облака.

Группа ученых под руководством Фарханга Набие (Farhang Nabiei) обнаружила надежные свидетельства в пользу протопланетного происхождение урейлитов, известных под общим именем Альмагата Ситта (Almahata Sitta). Эти метеориты образовались во время взрыва астероида TC₃ на высоте около 50 километров от земли и упали в нубийской пустыне на севере Судана в октябре 2008 года. Найденные после взрыва метеориты в основном состояли из крупнозернистых пород (оливина и пироксена), которые могли образоваться в мантии «планеты-зародыша», а концентрация углерода в них была необычно высокой. Более того, недавние наблюдения показали, что урейлиты Альмагата Ситта содержат сравнительно большие алмазные зерна, которые могли образоваться только при высоких давлениях внутри протопланеты, и исключили для них другие гипотезы формирования.

В новой статье ученые более подробно исследовали алмазы с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), спектроскопии характеристических потерь энергии электронами и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Во-первых, новые измерения подтвердили предположение о том, что изначально размеры алмазов в урейлитах достигали ста микрометров, хотя они и разрушились впоследствии при взрыве астероида. Такие большие алмазы не могли сформироваться при сжатии графита под действием ударной волны или в результате химическим осаждения из богатого углеродом газа. Во-вторых, ученые обнаружили в алмазах множество минеральных включений — например, зерна из сульфида железа, хромита или фосфата, — которые могли образоваться только при давлениях более двухсот тысяч атмосфер и температурах не менее тысячи градусов Цельсия.

Такие экстремальные условия могли возникнуть только внутри «планеты-зародыша», хотя точно установить ее размеры нельзя. Например, подобные условия должны существовать около ядра каменистой планеты радиусом примерно 2,5 тысяч километров (как у Меркурия) или в мантии планеты, размеры которой сравнимы с размерами Марса (радиус около 3,5 тысяч километров). После того, как алмазы и другие минералы, из которых состоят урейлиты, сформировались, «планета-зародыш» столкнулась с другой планетой и разрушилась, а ее вещество частично было выброшено в космос и образовало множество астероидов, похожих на TC₃. Другие гипотезы формирования урейлитов авторы статьи считают маловероятными.

В июле прошлого года американские исследователи разработали модель формирования Солнечной системы, в соответствии с которой зародыши планет напоминали скорее огромные «комья грязи», чем твердые скалистые астероиды. В декабре того же года астрономы из Чикагского университета предложили новую гипотезу формирования Солнечной системы, призванную объяснить ее необычный химический состав. Кроме того, ученые из Германии и США показали, что самой старой планетой Солнечной системы, скорее всего, является Юпитер, который сформировался всего на сто миллионов лет позже центральной звезды. Возможно, этот факт объясняет, почему в Солнечной системе нет суперземель — планет, масса которых превышает земную в 5-10 раз.

Дмитрий Трунин