Солнечные модели, основанные на стандартной физике звездной эволюции, долгое время не могли одновременно воспроизвести некоторые наблюдения гелиосейсмологии — науки, изучающей внутреннее строение Солнца по колебаниям его поверхности. В частности, речь идет о структуре скорости звука непосредственно под конвективной зоной и о глубине самой конвективной зоны. Кроме того, на поверхности Солнца наблюдается сильный дефицит лития — элемента, который должен был бы присутствовать в больших количествах.
Мутлу Йылдыз, профессор Эгейского университета (Турция), и его коллеги предположили, что у этих загадок может быть общая причина — ранняя химическая история Солнца. Результаты опубликованы в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Молодые звезды окружены протопланетными дисками, где значительные объемы вещества могут перемещаться между диском и звездой. Поскольку планеты состоят из химически иного материала, чем газ в диске, мы задались вопросом: могло ли раннее поглощение планеты оставить химический след внутри молодого Солнца?
Исследователи использовали код звездной эволюции MESA, чтобы проверить эту идею. Они смоделировали различные сценарии аккреции вещества на молодое Солнце и сравнили результаты с гелиосейсмическими данными и измерениями поверхностного состава. Также были проверены альтернативные объяснения, включая изменения уравнения состояния, непрозрачности и различных моделей турбулентного и конвективного перемешивания.
Результаты лучше всего соответствуют сценарию, в котором молодое Солнце поглотило сверхземлю — планету массой примерно в 5−10 раз больше Земли. Важно, что эта модель объясняет не одну загадку, а сразу несколько независимых наблюдений: и структуру внутренних слоев Солнца, и аномально низкое содержание лития.
«Мы думали, что поглощение планеты может повлиять на структуру Солнца, но не ожидали, что расчеты сойдутся на таком конкретном диапазоне масс сверхземли, — говорит Йылдыз. — Это был один из самых интересных результатов исследования».
Впрочем, окончательно доказать, что Солнце действительно проглотило планету, пока невозможно. Но если предсказанные структурные и химические сигнатуры удастся независимо обнаружить с помощью гелиосейсмологии или других наблюдений, это станет сильным свидетельством такого события, произошедшего миллиарды лет назад.
Астрономы давно задаются вопросом: почему во многих других звездных системах есть крупные сверхземли, а в нашей — нет? Исследование ссылается на работу десятилетней давности, которая предполагала, что одна или несколько сверхземель могли сформироваться внутри орбиты Меркурия и мигрировать внутрь через газовый диск, в конечном счете упав на молодое Солнце. Однако та работа предлагала лишь теоретический путь, не требуя, чтобы планета действительно была поглощена.
«Наша статья спрашивает, может ли само Солнце до сих пор нести наблюдаемые свидетельства того, что такое поглощение действительно произошло, — говорит Йылдыз. — И мы считаем, что может. Следующий шаг — проверить, можно ли эти «отпечатки» обнаружить независимо».
Ранее Наука Mail рассказывала о раскрытии загадки тончайшего внутреннего слоя Солнца — тахоклина.