Могла ли нейтронная звезда
лишить Солнечную систему крупной планеты?
«...Этот колоссальный удар мог
лишить Солнечную систему гигантской планеты и взамен подарить ей несколько
мелких, обогащённых тяжёлыми элементами, на одной из которых мы и живём. Вот
такая теория представлена В. И. Павловым из Университета Лилль-I (Франция) и Е. П. Тито,
представляющим Научно-консультативную группу в Пасадене (США). Какова мотивация
смелых исследователей, предложивших столь необычную гипотезу, несмотря на
острожный научный консенсус в вопросе о том, что изобилие элементов тяжелее железа
в нашей системе обусловлено близким взрывом сверхновой, предшествовавшим
формированию светила и планет?
 |
| Столкновение нейтронной звезды с планетой-гигантом, вид сзади (иллюстрация AnDyGaM3R) |
Павлов и
Тито считают теорию близких взрывов сверхновых не слишком убедительной, и вот
почему.
Во-первых, на метеоритных телах нашей системы, согласно современным данным, к моменту их формирования были такие короткоживущие изотопы, как 26Al, 41Ca, 53Mn и 60Fe. Обогащение ими можно объяснить только в случае взрыва сверхновой одновременно или за очень короткое время до появления Солнца. Однако, замечают авторы работы, до сих пор ни одно моделирование обогащения всеми этими изотопами не показало той концентрации, которая следует из ныне обнаруживаемых следов изотопов в реальных метеоритах. В одних моделях алюминия-26 получают больше, чем нужно, зато «не хватает» кальция-41, в других — наоборот, и так далее.
«Тайная история Солнечной системы». Часть 12. «"Неправильные" орбиты объектов пояса Койпера». http://artefact-2007.blogspot.ru/2014/01/12.html
Во-первых, на метеоритных телах нашей системы, согласно современным данным, к моменту их формирования были такие короткоживущие изотопы, как 26Al, 41Ca, 53Mn и 60Fe. Обогащение ими можно объяснить только в случае взрыва сверхновой одновременно или за очень короткое время до появления Солнца. Однако, замечают авторы работы, до сих пор ни одно моделирование обогащения всеми этими изотопами не показало той концентрации, которая следует из ныне обнаруживаемых следов изотопов в реальных метеоритах. В одних моделях алюминия-26 получают больше, чем нужно, зато «не хватает» кальция-41, в других — наоборот, и так далее.
Более того, углистые хондриты типа Ивуна (он же тип CI) несут в себе следы как минимум пяти минералогически различных фаз с включениями аномальных изотопов марганца и кальция, что уже привело других исследователей к выводу об их разном происхождении от множества отдельных источников звёздной природы.
Ближе всего к реальному положению дел с наблюдаемыми в системе изотопами могла привести сверхновая на базе звезды в 25 раз массивнее Солнца, вспыхнувшая на удалении не дальше 0,2 парсека (0,65 светового года) от зародыша нашей системы. Вместе с тем, по существующим взглядам, вспышка сверхновой в 0,65 светового года и ближе должна вызвать рассеивание протозвёздного облака, чего, судя по Солнцу в нашем небе, не случилось.
Кроме того, если бы само облако, из которого возникла Солнечная система, было близко к яркой массивной звезде, вспыхнувшей позже, то ультрафиолет просто не дал бы ему достичь нужной плотности. Единственным вариантом в таком случае остаётся возникновение облака вдали от будущей сверхновой с последующей миграцией к ней. Вот только сценарий этот маловероятен, так как слишком уж многое должно совпасть. Мигрируй облако чуть позже - и изотопных аномалий не было бы, а случись это чуть раньше - не было бы самой Солнечной.
Теория сверхновой плохо объясняет и наличие в системе бериллия-10 и лития-7 в Ca-Al-включениях метеоритов из углистых хондритов. Бериллий-10 вообще не образуется в звёздах, а литий-7 происходит от бериллия-7, короткоживущего изотопа с периодом полураспада в 53 дня. Это, по мнению учёных, означает, что оба изотопа возникли уже внутри нашей системы, но что их породило? Пока ни одной модели ядерных процессов, возможных в ранней Солнечной системе, не удалось непротиворечиво объяснить реальные концентрации этих изотопов.
Под конец учёные замечают, что p-процесс, порождающий изотопы с чрезмерным количеством протонов в ядре, тоже не может быть объяснён близким взрывом одной сверхновой, и даже со множественными взрывами есть проблема: ни одна модель таких событий не дала той концентрации продуктов p-процесса термоядерного синтеза, которая реально наблюдается в нашей системе.
Чем же объясняются все эти загадки с изотопными аномалиями? Павлов и Тито полагают, что некогда, ещё до завершения образования Солнечной системы, компактная нейтронная звезда столкнулась либо с гигантской планетой (коричневым карликом), либо с краем самого Солнца. Этот объект тяжелее Солнца, но по размеру не превышающий крупного города, подвергся сильнейшей декомпрессии, чудовищно энергичному воздействию, которое привело к растрескиванию коры нейтронной звезды и потере ею части своего вещества. Его капли «разбрызгало» по Солнечной системе, создав в ней экстремальную среду, насыщенную свободными нейтронами и протонами, что и привело к расщеплению гиперядер и r-, s- и p-процессам, которые породили все странности с упомянутыми изотопами, включая совсем уж необъяснимый бериллий-10.
Что тут сказать?.. Вероятность такого события, как прохождение нейтронной звезды через эмбрион Солнечной системы, очень сложно оценить: мы не знаем точного места, где она образовалась, отсюда и наше незнание концентрации там нейтронных звёзд. В любом случае подобные события вряд ли имеют место каждый день: авторы оценивают коллизию как «уникальную и экстраординарную». По их расчётам, вероятность столкновения нейтронной звезды (НЗ) с другой звездой такова, что со средней НЗ нечто подобное может случиться лишь через квинтиллион лет. Поскольку в Галактике, по оценкам, порядка 100 млн таких звёзд, то в теории за всё время существовании Млечного Пути подобное столкновение могло произойти один раз.
Опять же нам сильно повезло, что НЗ не «воткнулась» прямо в центр будущей системы, быстро и некрасиво оборвав её ещё не начавшуюся историю. Тем не менее до этой точки астрофизики могли бы оценить ход событий как «логичный». Да, «явление» редкое, но лучше предполагать одно весьма редкое событие, чем объяснять каждую конкретную изотопную аномалию отдельным редким событием, так как в конечном счёте вероятность первого сценария всё равно будет выше.
А вот с некоторыми другими умозаключениями согласиться труднее. Да, теория неплохо объясняет, почему гигантские планеты и их спутники имеют более высокое содержание тяжёлых элементов, чем то же Солнце. Но делать на её основании вывод о том, что, возможно, до столкновения протопланетного диска с нейтронной звездой в нём не было землеподобных планет, а, напротив, имелись лишь газовые гиганты (или их «эмбрионы»), несколько опрометчиво.
Вывод сделан на основании следующего соображения: в нашей системе есть два класса планет - тела земной группы и газовые гиганты, и орбиты их сравнительно далеко отстоят друг от друга. На фоне известных экзопланетных систем, рассуждают авторы препринта, это не вполне типичная схема: у нас нет «горячих Юпитеров», «тёплых Нептунов» и прочих следов миграции гигантов близко к звезде, столь часто обнаруживавшихся «Кеплером» в его лучшие годы. Да и дистанции между «солнечными» планетами выглядят внушительными, то есть «не как у людей», где нередко внутри нашей земной орбиты помещаются до семи планет.
Чтобы объяснить эту «нетипичность», учёные предполагают, что в начале, на стадии формирования, у нас были только гиганты, а затем столкновение с нейтронной звездой вызвало в системе такие возмущения, что нынешние землеподобные планеты, тогда бывшие гигантами, лишились части своих лёгких газов, приобретя взамен тяжёлые элементы.
В этой схеме настораживает сам подход. Хотя формально Солнечная и впрямь выглядит нетипичной, но, по сути, данные «Кеплера» вряд ли могут быть использованы для выработки эталона «нормальной системы», сравнение которого с нашей помогло бы занести её в «ненормальные». Этот космический телескоп искал экзопланеты тем лучше, чем ближе они располагались к своему светилу (и друг к другу). Само собой, «горячие Юпитеры» и «теплые Нептуны» ему найти проще - но значит ли это, что они действительно составляют основную массу всех существующих планет? Напомним, что, наблюдай «Кеплер» Солнечную систему из соседней, ему пришлось бы ждать транзита Юпитера через диск Солнца до пяти лет, Сатурна - 10, а Урана - до 84 лет (но сломался он через четыре года). Так что, пользуйся инопланетные звездочёты таким инструментом для обследования нашей системы, они неизбежно пришли бы к выводу, что у нас газовых гигантов нет вообще, зато есть несколько небольших планет. Как с такими несовершенными средствами точно узнать, каковы другие системы Галактики? И не рано ли в этом случае объявлять нетипичными «наши» орбиты и схему расположения землеподобных планет и гигантов?
Наконец, нам известен целый ряд систем, где явно есть небольшие скалистые планеты близкие к звезде, а уже за ними лежат газовые гиганты (то есть ситуация, максимально приближенная к нашей). Неужели все они тоже обязаны этим столкновению с нейтронной звездой?
Ближе всего к реальному положению дел с наблюдаемыми в системе изотопами могла привести сверхновая на базе звезды в 25 раз массивнее Солнца, вспыхнувшая на удалении не дальше 0,2 парсека (0,65 светового года) от зародыша нашей системы. Вместе с тем, по существующим взглядам, вспышка сверхновой в 0,65 светового года и ближе должна вызвать рассеивание протозвёздного облака, чего, судя по Солнцу в нашем небе, не случилось.
Кроме того, если бы само облако, из которого возникла Солнечная система, было близко к яркой массивной звезде, вспыхнувшей позже, то ультрафиолет просто не дал бы ему достичь нужной плотности. Единственным вариантом в таком случае остаётся возникновение облака вдали от будущей сверхновой с последующей миграцией к ней. Вот только сценарий этот маловероятен, так как слишком уж многое должно совпасть. Мигрируй облако чуть позже - и изотопных аномалий не было бы, а случись это чуть раньше - не было бы самой Солнечной.
Теория сверхновой плохо объясняет и наличие в системе бериллия-10 и лития-7 в Ca-Al-включениях метеоритов из углистых хондритов. Бериллий-10 вообще не образуется в звёздах, а литий-7 происходит от бериллия-7, короткоживущего изотопа с периодом полураспада в 53 дня. Это, по мнению учёных, означает, что оба изотопа возникли уже внутри нашей системы, но что их породило? Пока ни одной модели ядерных процессов, возможных в ранней Солнечной системе, не удалось непротиворечиво объяснить реальные концентрации этих изотопов.
Под конец учёные замечают, что p-процесс, порождающий изотопы с чрезмерным количеством протонов в ядре, тоже не может быть объяснён близким взрывом одной сверхновой, и даже со множественными взрывами есть проблема: ни одна модель таких событий не дала той концентрации продуктов p-процесса термоядерного синтеза, которая реально наблюдается в нашей системе.
Чем же объясняются все эти загадки с изотопными аномалиями? Павлов и Тито полагают, что некогда, ещё до завершения образования Солнечной системы, компактная нейтронная звезда столкнулась либо с гигантской планетой (коричневым карликом), либо с краем самого Солнца. Этот объект тяжелее Солнца, но по размеру не превышающий крупного города, подвергся сильнейшей декомпрессии, чудовищно энергичному воздействию, которое привело к растрескиванию коры нейтронной звезды и потере ею части своего вещества. Его капли «разбрызгало» по Солнечной системе, создав в ней экстремальную среду, насыщенную свободными нейтронами и протонами, что и привело к расщеплению гиперядер и r-, s- и p-процессам, которые породили все странности с упомянутыми изотопами, включая совсем уж необъяснимый бериллий-10.
Что тут сказать?.. Вероятность такого события, как прохождение нейтронной звезды через эмбрион Солнечной системы, очень сложно оценить: мы не знаем точного места, где она образовалась, отсюда и наше незнание концентрации там нейтронных звёзд. В любом случае подобные события вряд ли имеют место каждый день: авторы оценивают коллизию как «уникальную и экстраординарную». По их расчётам, вероятность столкновения нейтронной звезды (НЗ) с другой звездой такова, что со средней НЗ нечто подобное может случиться лишь через квинтиллион лет. Поскольку в Галактике, по оценкам, порядка 100 млн таких звёзд, то в теории за всё время существовании Млечного Пути подобное столкновение могло произойти один раз.
Опять же нам сильно повезло, что НЗ не «воткнулась» прямо в центр будущей системы, быстро и некрасиво оборвав её ещё не начавшуюся историю. Тем не менее до этой точки астрофизики могли бы оценить ход событий как «логичный». Да, «явление» редкое, но лучше предполагать одно весьма редкое событие, чем объяснять каждую конкретную изотопную аномалию отдельным редким событием, так как в конечном счёте вероятность первого сценария всё равно будет выше.
А вот с некоторыми другими умозаключениями согласиться труднее. Да, теория неплохо объясняет, почему гигантские планеты и их спутники имеют более высокое содержание тяжёлых элементов, чем то же Солнце. Но делать на её основании вывод о том, что, возможно, до столкновения протопланетного диска с нейтронной звездой в нём не было землеподобных планет, а, напротив, имелись лишь газовые гиганты (или их «эмбрионы»), несколько опрометчиво.
Вывод сделан на основании следующего соображения: в нашей системе есть два класса планет - тела земной группы и газовые гиганты, и орбиты их сравнительно далеко отстоят друг от друга. На фоне известных экзопланетных систем, рассуждают авторы препринта, это не вполне типичная схема: у нас нет «горячих Юпитеров», «тёплых Нептунов» и прочих следов миграции гигантов близко к звезде, столь часто обнаруживавшихся «Кеплером» в его лучшие годы. Да и дистанции между «солнечными» планетами выглядят внушительными, то есть «не как у людей», где нередко внутри нашей земной орбиты помещаются до семи планет.
Чтобы объяснить эту «нетипичность», учёные предполагают, что в начале, на стадии формирования, у нас были только гиганты, а затем столкновение с нейтронной звездой вызвало в системе такие возмущения, что нынешние землеподобные планеты, тогда бывшие гигантами, лишились части своих лёгких газов, приобретя взамен тяжёлые элементы.
В этой схеме настораживает сам подход. Хотя формально Солнечная и впрямь выглядит нетипичной, но, по сути, данные «Кеплера» вряд ли могут быть использованы для выработки эталона «нормальной системы», сравнение которого с нашей помогло бы занести её в «ненормальные». Этот космический телескоп искал экзопланеты тем лучше, чем ближе они располагались к своему светилу (и друг к другу). Само собой, «горячие Юпитеры» и «теплые Нептуны» ему найти проще - но значит ли это, что они действительно составляют основную массу всех существующих планет? Напомним, что, наблюдай «Кеплер» Солнечную систему из соседней, ему пришлось бы ждать транзита Юпитера через диск Солнца до пяти лет, Сатурна - 10, а Урана - до 84 лет (но сломался он через четыре года). Так что, пользуйся инопланетные звездочёты таким инструментом для обследования нашей системы, они неизбежно пришли бы к выводу, что у нас газовых гигантов нет вообще, зато есть несколько небольших планет. Как с такими несовершенными средствами точно узнать, каковы другие системы Галактики? И не рано ли в этом случае объявлять нетипичными «наши» орбиты и схему расположения землеподобных планет и гигантов?
Наконец, нам известен целый ряд систем, где явно есть небольшие скалистые планеты близкие к звезде, а уже за ними лежат газовые гиганты (то есть ситуация, максимально приближенная к нашей). Неужели все они тоже обязаны этим столкновению с нейтронной звездой?
 |
| Всякое случалось с нейтронными звёздами, и даже планеты, вращающиеся вокруг них, почти перестали удивлять астрономов, но столкновение с планетой другой системы или краем диска другой звезды - это что-то новенькое! (Иллюстрация NASA / JPL-Caltech / R. Hurt, SSC.) |
Другим неочевидным моментом гипотезы выглядит то, что чётко просчитать последствия «разбрызгивания» материи нейтронной звезды после лобового столкновения с планетарным объектом (или коричневым карликом) очень трудно. Например, после растрескивания коры НЗ и выброса из неё вещества должно начаться образование и последующее расщепление гиперядер, содержащих, кроме протонов и нейтронов, ещё и гипероны (сами по себе частицы вполне экзотические). Как в итоге узнать, какими будут продукты распада таких гиперядер? Теории расщепления гиперядер, как справедливо замечают Тито и Павлов, нет в основном потому, что её сложно проверить экспериментально. И действительно, устроить, скажем, лобовое столкновение нейтронной звезды с крупным объектом физики пока не могут...
Из теории Тито и Павлова следует, что экзопланеты земных размеров в других системах, лишенные «живительного» столкновения с нейтронной звездой, скорее всего, будут иметь несколько иной изотопный и химический состав (особенно по тяжёлым элементам), нежели сама Земля. Учёные надеются, что будущие наблюдения позволят уточнить, до какой степени такие различия существуют, и тем самым подтвердить или опровергнуть правоту теории катастрофического столкновения нейтронной звезды с ныне исчезнувшей гигантской планетой Солнечной системы.
Препринт исследования можно полистать здесь». (19 ноября 2013 года, 13:14). http://compulenta.computerra.ru/universe/astronomy/10010146/
Препринт исследования можно полистать здесь». (19 ноября 2013 года, 13:14). http://compulenta.computerra.ru/universe/astronomy/10010146/
A possible mechanism of origin of heavy elements in the solar system
«We advance a hypothesis that a collision of a neutron-rich compact object (NRCO) with a massive dense object of the early solar system was responsible for the heavy element enrichment of the system and for the formation of the terrestrial planets». (E.P. Tito, V.I. Pavlov. Submitted on 17 Nov 2013). http://arxiv.org/abs/1311.4207
«Тайная история Солнечной системы». Часть 12. «"Неправильные" орбиты объектов пояса Койпера». http://artefact-2007.blogspot.ru/2014/01/12.html
На эту тему:
«Давно потерянные родственники Солнца». (С.П. Цварт). http://artefact-2007.blogspot.ru/2013/05/blog-post.html
Очень медленно, с большим трудом, пробивают себе дорогу идеи ак. В. А. Амбарцумяна о происхождении галактик, звёзд (и планет) не конденсацией газа и пыли, а путём дезинтеграции на фрагменты соответствующей массы первичных сверхплотных и сверхмассивных тел. В этой статье интересно наблюдать, как авторы отвергают одну за другой догмы гипотезы конденсации и приходят, наконец, к нейтронной материи как источнику вещества планет и звёзд, но последний шаг сделать не решились. А в этом году сообщалось об открытии звезды типа Торн-Житков (полное название - типа Ландау-Торн-Житков; Ландау первым в 30-х годах писал о нейтронных ядрах звёзд), ядро которой - несомненно нейтронного состава; первая ласточка, так сказать. Наличие такого состава ядра и его распад естественно и без надуманных сущностей (гипотез) объясняет все как бы аномалии элементного и изотопного состава звезды. А также и планет, если сделать следующий логичный шаг и допустить, что источником вещества планет является звезда.
ОтветитьУдалитьvpreunov
Уважаемый "Анонимный"!
УдалитьВ этой связи хочу спросить - что Вы думаете о "Бюроканской концепции"? Прокомментируйте, пожалуйста, статью "Бюраканская концепция. По поводу 100-летия со дня рождения В.А. Амбарцумяна" (9.09.2008, 21:06). http://www.astronet.ru/db/msg/1229473
В Солнечной системе 70 тысяч лет назад находились две звезды
ОтветитьУдалить"Группа астрофизиков, в которую входит российский ученый Алексей Князев из Государственного астрономического института имени Штернберга, сообщила о том, что 70 тысяч лет назад на расстоянии 0,8 светового года от Земли находилась звезда Шольца со своим спутником. Это единственная из известных науке звезд, оказавшаяся в пределах Солнечной системы, внешние границы которой простираются на расстояние до двух световых лет. Результаты своих исследований авторы опубликовали в Astrophysical Journal Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте NBC News.
Эта пара звезд вошла в пределы облака Оорта, внешние границы которого расположены на расстоянии одного светового года, что в четыре раза меньше расстояния до ближайшей к Солнцу звезды Проксимы Центавра. В настоящее время звезда Шольца удалена от Земли на 20 световых лет и не видна невооруженному глазу. Однако, как считают ученые, 70 тысяч лет назад древние люди в Африке вполне могли наблюдать за ней.
Прохождение этой звезды через облако Оорта, которое содержит множество комет и другой протопланетной материи, могло привести к активизации кратковременных кометных ливней из-за гравитационного возмущения, которое звезда Шольца оказала на внешнее облако Оорта.
Звезда Шольца, номенклатурное название которой WISE J072003.20-084651.2, названа в честь своего первооткрывателя - астронома Ральфа-Дитера Шольца из Потсдамского астрофизического института в Германии. Ученый сообщил об открытии звезды в 2013 году. Звезда Шольца является красным карликом массой в 0,08 массы Солнца, а ее спутник — коричневый карлик с массой в 0,06 массы Солнца.
Коричневые карлики часто называются субзвездами, поскольку из-за их малой массы в них быстро прекращаются термоядерные реакции и светила остывают, превращаясь в планетоподобные объекты. Однако они слишком тяжелы, чтобы их можно было считать планетами, как, например, газовые гиганты типа Юпитера.
Ученые, исследуя динамику движения звезды Шольца, долго не могли определить, приближается она к Солнечной системе или удаляется от нее. Однако точные измерения ее радиальной и тангенциальной скоростей показали, что светило все же удаляется от Земли, хотя находилось рядом недавно.
Астрофизики и ранее наблюдали за звездами, когда-то находившимися рядом с Землей. Так, в период от 240 до 470 тысяч лет назад одиночная звезда HIP 85605 могла находиться от Земли на расстоянии менее светового года.
Как отмечают ученые, проведенное ими компьютерное моделирование движения около десяти тысяч известных звезд с вероятностью в 98 процентов показало, что только одна звезда из общего числа могла попасть в пределы облака Оорта. Теперь астрономы собираются продолжить поиски других таких звезд с помощью космического телескопа "Gaia" Европейского космического агентства". (18 февраля 2015, 11:41). http://lenta.ru/news/2015/02/18/scholzsstar/