Железные метеориты показывают запись кристаллизации ядра в древнейших планетезималях системы

Новое исследование под руководством Пэн Ни и Анат Шахар из Института Карнеги раскрывает новые детали о древнейших планетных объектах нашей Солнечной системы, которые разрушились в давних столкновениях, образовав богатые железом метеориты. Их результаты показывают, что отличительные химические сигнатуры этих метеоритов можно объяснить процессом кристаллизации ядра их родительских тел, углубляя наше понимание геохимических процессов в юности Солнечной системы. Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.

Многие метеориты, пролетевшие через атмосферу нашей планеты и упавшие на её поверхность, когда-то были частью более крупных объектов, разрушившихся в какой-то момент истории Солнечной системы. Сходство их химического состава говорит учёным об общем происхождении из одних родительских тел, даже если они прибыли на Землю с разницей в столетия и в совершенно разных местах.

Расшифровка геологических процессов, формировавших эти родительские тела, может рассказать больше об истории Солнечной системы и формировании Земли. Для истинного понимания того, что делает нашу планету пригодной для жизни, и поиска обитаемых миров в других местах, крайне важно понимать её внутреннее строение — как прошлое, так и настоящее.

«Подобно каменистым планетам нашей Солнечной системы, эти планетезимали аккрецировали из диска пыли и газа, окружавшего наше Солнце в его юности, — пояснил ведущий автор Пэн Ни. — И как на Земле, в итоге самый плотный материал опустился к центру, образуя отдельные слои». Считается, что железные метеориты являются остатками ядер их древних, разрушенных родительских тел. «История того, как дифференцировались их слои, записана в их химическом составе, если мы сможем её прочитать», — сказала Анат Шахар.

Существует четыре стабильных изотопа железа. Это означает, что каждый изотоп железа имеет немного разную массу. В результате некоторые изотопы предпочтительны для определённых химических реакций, что, в свою очередь, влияет на долю этого изотопа в конечных продуктах реакции. Следы этого «предпочтения» можно найти в образцах пород, и они помогают прояснить процессы, сформировавшие эти родительские тела метеоритов.

Предыдущие исследования соотношений изотопов железа в железных метеоритах привели к загадочному наблюдению: по сравнению с исходным материалом, из которого были построены их родительские тела, они обогащены тяжёлыми изотопами железа. Совместно с Нэнси Шабо и Кейлин Райан из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, Ни и Шахар установили, что это обогащение можно полностью объяснить кристаллизацией ядра родительского объекта.

Исследователи использовали лабораторное моделирование для имитации температур кристаллизации ядра в родительских телах железных метеоритов. Сложные модели процесса кристаллизации, включающие концентрации других элементов — например, золота и иридия, а также изотопов железа, — подтвердили их выводы. «Это улучшенное понимание кристаллизации ядра дополняет наши знания о формирующем периоде Солнечной системы», — заключил Пэн Ни.