Казахский метеорит указал на грандиозную вспышку древнего Солнца

Изотопный состав найденного в Казахстане метеорита Ефремовка лучше всего описывается предположением, что на очень молодом Солнце произошла исключительно длительная и мощная вспышка. Ученые пришли к такому заключению, исследуя богатые кальцием и алюминием включения в метеорите. Результаты анализа опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Считается, что многие болиды образовались на заре существования Солнечной системы, поэтому их изучение может предоставить информацию о ее прошлом. Одним из важнейших источников подобных данных является исследование элементного и изотопного состава упавших на Землю метеоритов. Некоторые изотопы образуют лишь при специфических условиях, поэтому их наличие может указать на характер и время оказанных воздействий.

В частности, можно исследовать изотопы, являющиеся продуктами распада других короткоживущих ядер. К таким ядрам относится бериллий-10 с периодом полураспада 1,4 миллиона лет. Согласно теории, он получается из кислорода или углерода в результате реакции выбивания (spallation), при котором ядро расщепляется на несколько продуктов после взаимодействия с высокоэнергичной частицей. Одна из объясняющих присутствие этого изотопа в ранней Солнечной системе гипотез утверждает, что это связано с повышенным облучением космическими лучами или солнечной радиацией. Согласно другой, появление такой же концентрации бериллия-10 можно объяснить близкой вспышкой сверхновой, в результате которой возник интенсивный поток нейтрино высоких энергий.

В работе под руководством Ритеша Кумара Мишры (Ritesh Kumar Mishra) из Космического центра имени Линдона Джонсона NASA изучаются богатые кальцием и алюминием включения (calcium-  and aluminium rich inclusion — CAI) в метеорите Ефремовка. Данные уран-свинцового метода датирования указывают на внушительный возраст этих образований — 4,568 миллиардов лет. Благодаря этому данные включения считаются одними из первых объектов, сформировавшихся на горячем этапе существования Солнечной системы, а от этого времени принято формально отсчитывать ее возраст. CAI чаще всего встречаются в метеоритах из класса углистых хондритов и в основном состоят из оксидов и силикатов кальция, алюминия, титана и магния. Изотопный состав алюминия и магния в CAI метеорита Ефремовка уже изучался, по нему удалось оценить возраст формирования включений: они оказались примерно 0,45 миллионов лет моложе Солнечной системы.

Основное внимание авторы уделили изотопному составу лития, бериллия и бора в минерале милелите, встречающемся в CAI. Ученые обнаружили повышенное содержание нескольких изотопов. В частности, повышенной оказалась концентрация изотопов бериллия ¹⁰Be/⁹Be. Также наблюдался избыток ⁷Li по сравнению с другим стабильным вариантом ⁶Li. Однако взятые из разных мест пробы указали на линейную корреляцию отношения ⁷Li/⁶Li с отношением ⁹Be/⁶Li, что говорит о происхождении избыточного лития в результате бета-распада ⁷Be. Однако период полураспада ⁷Be составляет всего 53 дня, что делает маловероятным его появление в результате вспышки сверхновой или связанными с космическими лучами процессами.

Авторы называют взаимодействие порожденных Солнцем энергетических частиц с самими CAI или веществами, из которых они образовались, наиболее вероятным механизмом появления данного изотопа. Вместе с измеренным избытком ¹⁰Be ученым удалось оценить вклад солнечной активности в производство короткоживущих ядер, соотношение длительности и интенсивности соответствующих событий и временные рамки появление изученных CAI. Дополнительные модельные расчеты при различных параметрах активности Солнца и состава твердых веществ-предшественников изученных минералов показали, что производство ⁷Be линейно связано с производством ¹⁰Be, а подходящий для образования нужного изотопного состава всех элементов поток протонов (10¹⁰ частиц в секунду на квадратный сантиметр) мог быть произведен лишь супервспышкой на Солнце с рентгеновской светимостью в 10³² эрг в секунду. В предположении о постоянной яркости такое событие должно было продолжаться пару лет, в то время как данная светимость находится на уровне пиковых значений наиболее мощных вспышек современного Солнца. Данная оценка значительно уточняет предыдущие гипотезы о ранней высокой активности Солнца, которые выдвигали для объяснения изотопного состава бериллия и ванадия в других работах: их авторы приходили к выводу, что облучение длилось не более 300 лет для тел, расположенный в 0,1 астрономической единицы от звезды.

Ученые не первый раз используют данные о радиоактивных элементах для оценок активности Солнца в прошлом. В частности, вспышку на звезде пару тысяч лет назад связали с радиоактивными ядрами в гренландском льду. Подобные явления называются событиям Мияке, а мы публиковали подробный текст о важности этого феномена в уточнении методов определения возраста.

Тимур Кешелава