Размагничивание переменным полем (AF) естественной остаточной намагниченности (NRM) в частицах Рюгу. Ортографическая проекция концов векторов NRM на Северо-восточной равнине (С–В) и Восточной равнине (Z–E) для (а) A0397, (б) C0085b и (в) C0006. Компонент с низкой коэрцитивностью (LC) показан красным, компонент средней коэрцитивности (MC) показан синим, а область высокой коэрцитивности (HC) показан черным. Стрелки указывают направления компонентов в обеих проекциях, а выбранные этапы AF помечены. Фото предоставлено: AGU Advances (2024 г.). DOI: 10.1029/2024AV001396
Крошечные зерна далекого астероида дают ключ к разгадке магнитных сил, которые сформировали самые отдаленные уголки Солнечной системы более 4,6 миллиардов лет назад.
Ученые из Массачусетского технологического института и других организаций проанализировали частицы астероида Рюгу, которые были собраны миссией Хаябуса-2 Японского национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (JAXA) и вернулись на Землю в 2020 году. Ученые полагают, что Рюгу сформировался на краю ранней Солнечной системы, а затем мигрировал к поясу астероидов и в конечном итоге достиг орбиты между Землей и Марсом.
Команда проанализировала частицы Рюгу на наличие признаков древнего магнитного поля, которое могло присутствовать, когда астероид впервые приобрел форму. Их результаты показывают, что магнитное поле было бы очень слабым. Такое поле составляло бы максимум около 15 микротесла. (Магнитное поле Земли сегодня составляет около 50 микротесла.)
Тем не менее, учёные полагают, что такой низкой интенсивности поля было бы достаточно, чтобы объединить первичный газ и пыль и сформировать астероиды внешней Солнечной системы и, возможно, сыграть роль в формировании планет-гигантов от Юпитера до Нептуна.
Результаты команды, опубликованные сегодня (6 ноября) в журнале AGU Advances, впервые показывают, что в дистальной части Солнечной системы, вероятно, имеется слабое магнитное поле. Ученым известно, что магнитное поле сформировало внутреннюю часть Солнечной системы, где сформировались Земля и планеты земной группы. Однако ранее было неясно, распространяется ли такое магнитное влияние и на более отдаленные регионы.
«Мы показываем, что куда бы мы ни посмотрели сейчас, существовало какое-то магнитное поле, которое отвечало за перенос массы туда, где сформировались Солнце и планеты», — говорит автор исследования Бенджамин Вайс, профессор кафедры планетарных наук имени Роберта Р. Шрока в Университете Роберта Р. Шрока в области планетарных наук о Земле. Массачусетский технологический институт. «Теперь это относится и к внешним планетам Солнечной системы».
Ведущий автор исследования — Элиас Мансбах, доктор философии. 24 года, сейчас он является научным сотрудником Кембриджского университета. В число соавторов Массачусетского технологического института входят Эдуардо Лима, Саверио Камбиони и Джоди Рим, а также Майкл Соуэлл и Джозеф Киршвинк из Калифорнийского технологического института, Роджер Фу из Гарвардского университета, Сюэ-Нин Бай из Университета Цинхуа, Чисато Анаи и Ацуко Кобаяши из Advanced Marine Core Кочи. Научно-исследовательский институт и Хиронори Хидака из Токийского технологического института.
Далекое поле
Около 4,6 миллиардов лет назад Солнечная система образовалась из плотного облака межзвездного газа и пыли, которое превратилось в закрученный диск материи. Большая часть этого вещества мигрировала в центр диска, образуя Солнце. Остальные части образовали солнечную туманность из кружащегося ионизированного газа. Ученые подозревают, что взаимодействие между недавно сформировавшимся Солнцем и ионизированным диском создало магнитное поле, которое проходило через туманность, помогая стимулировать аккрецию и притягивать материю внутрь, образуя планеты, астероиды и спутники.
«Это туманное поле исчезло примерно через три-четыре миллиона лет после формирования Солнечной системы, и мы очарованы той ролью, которую оно сыграло в раннем формировании планет», — говорит Мансбах.
Ранее ученые обнаружили, что магнитное поле существует во всей внутренней части Солнечной системы — области, простирающейся от Солнца примерно на 7 астрономических единиц (а.е.) до того места, где сейчас находится Юпитер. (АЕ — это расстояние между Солнцем и Землей.) Интенсивность этого внутреннего поля туманности составляла где-то между 50 и 200 микротесла и, вероятно, повлияла на формирование внутренних планет Земли. Такие оценки раннего магнитного поля основаны на метеоритах, которые приземлились на Землю и, как полагают, прибыли из внутренней туманности.
«Но насколько далеко простиралось это магнитное поле и какую роль оно играло в более отдаленных регионах, до сих пор неясно, поскольку образцов, которые могли бы предоставить информацию о внешней части Солнечной системы, было не так много», — говорит Мансбах.
Перемотать ленту
У команды была возможность проанализировать образцы из внешней солнечной системы, используя Рюгу, астероид, который, как полагают, сформировался в ранней внешней солнечной системе, за пределами 7 а.е., и в конечном итоге был запущен на низкую околоземную орбиту. В декабре 2020 года миссия JAXA «Хаябуса-2» доставила на Землю образцы астероида, дав ученым возможность впервые взглянуть на потенциальный реликт ранней дистальной части Солнечной системы.
В возвращенных образцах исследователи зафиксировали несколько зерен, каждое размером около миллиметра. Они поместили частицы в магнитометр — прибор в лаборатории Вайса, который измеряет силу и направление намагничивания образца. Затем они применили переменное магнитное поле, чтобы постепенно размагнитить каждый образец.
«Как магнитофон, мы медленно перематываем магнитную запись образца», — объясняет Мансбах. «Затем мы ищем устойчивые тенденции, которые говорят нам, сформировался ли он в магнитном поле».
Они обнаружили, что в образцах не было явных признаков сохранившегося магнитного поля. Это говорит о том, что либо поле туманности не присутствовало во внешней Солнечной системе, где впервые сформировался астероид, либо что поле было настолько слабым, что не было зафиксировано в зернах астероида. В последнем случае, по оценкам команды, такое слабое поле имело бы интенсивность не более 15 микротесла.
Исследователи также пересмотрели данные ранее изученных метеоритов. В частности, они исследовали «несгруппированные углеродистые хондриты» — метеориты, проявляющие свойства, характерные для их формирования в дистальной части Солнечной системы. Ученые подсчитали, что образцы были недостаточно старыми, чтобы образоваться до исчезновения солнечной туманности. Таким образом, любые записи магнитного поля, содержащиеся в образцах, не будут отражать поле туманности. Но Мансбах и его коллеги решили присмотреться к этому поближе.
«Мы повторно проанализировали возраст этих образцов и обнаружили, что они находятся ближе к началу Солнечной системы, чем считалось ранее», — говорит Мансбах. «Мы полагаем, что эти образцы образовались в этой дистальной, внешней области. И один из этих образцов действительно имеет положительное поле обнаружения около 5 микротесла, что соответствует верхнему пределу в 15 микротесла».
Этот обновленный образец, наряду с новыми частицами Рюгу, предполагает, что внешняя Солнечная система имела очень слабое магнитное поле за пределами 7 а.е., но достаточно сильное, чтобы притягивать материю с окраин и в конечном итоге формировать внешние планетные тела от Юпитера до Нептуна.
«По мере удаления от Солнца слабое магнитное поле имеет большое значение», — отмечает Вайс. «Ожидали, что оно будет не таким сильным, и это то, что мы видим».
Команда планирует искать дополнительные доказательства присутствия дальних полей туманности, используя образцы с другого далекого астероида, Бенну, доставленного на Землю космическим кораблем НАСА OSIRIS-REx в сентябре 2023 года.
«Бенну очень похож на Рюгу, и мы с нетерпением ждем первых результатов этих образцов», — говорит Мансбах.
Информация от: Массачусетским технологическим институтом.
