Солнце поглотило сверхземлю: «химические отпечатки» планеты найдены в недрах звезды

Международная группа астрофизиков из Эгейского университета (Турция) выдвинула гипотезу, способную закрыть сразу три многолетних вопроса физики Солнца. Расчёты показали: если на раннем этапе эволюции звезда поглотила сверхземлю — каменистую планету в 5–10 раз массивнее Земли, то химический «отпечаток» до сих пор можно обнаружить в солнечных недрах.

Десятилетиями стандартные модели Солнца на базе физики звёздной эволюции не могли воспроизвести несколько наблюдаемых параметров одновременно. Во-первых, скорость звука сразу под конвективной зоной расходится с гелиосейсмическими измерениями — а это самый точный инструмент для проверки внутренней структуры звезды. Во-вторых, глубина самой конвективной зоны в моделях не совпадает с реальной. В-третьих, на поверхности Солнца наблюдается сильнейший дефицит лития — его в 140 раз меньше, чем должно быть по расчётам. Авторы исследования предположили: у всех трёх загадок может быть общий источник — событие, случившееся 4,6 миллиарда лет назад.

Исследователи смоделировали два последовательных эпизода аккреции. Первый — поглощение богатого тяжёлыми элементами планетного вещества (сверхземля), второй — падение на звезду бедного металлами газа протопланетного диска, оставшегося после формирования планет. Такая последовательность не подгонялась под результат вручную: она отражает реальный процесс, при котором формирование планет изымает тяжёлые элементы из газа, и звезда позже аккрецирует уже обеднённый материал.

Главный итог моделирования — модель под номером DD1020 (планету обозначили именем Dev Dilek), которая одновременно уложилась во все наблюдательные ограничения. Поглощённая планета массой около 5,6 масс Земли (по более широким моделям — от 5 до 10 земных масс) оставила локальное обогащение тяжёлыми элементами непосредственно под конвективной зоной, на глубине 0,96–0,973 масс Солнца. Это изменило «качество» вещества и внутреннюю стратификацию — именно то, что ожидается для устранения расхождений по скорости звука и глубине конвективной зоны.

Одновременно модель объяснила дефицит лития. Команда показала: если поглощённый материал был беден литием, а дополнительное турбулентное перемешивание под конвективной зоной оставалось неглубоким, то итоговая концентрация лития на поверхности совпадает с реальными наблюдениями. Примечателььно, что требуемая глубина перемешивания физически согласуется с независимыми оценками для зоны тахоклина (переходная область в верхней трети Солнца).

Авторы не ограничились химическим моделированием и проверили физическую реализуемость сценария. Плотная каменистая планета, как показали расчёты, способна пройти сквозь конвективную оболочку молодого Солнца практически без потери массы — классическое аэродинамическое разрушение и абляция отнимают пренебрежимо малую долю вещества. Этому способствует сжатие планеты под нарастающим внешним давлением: её радиус уменьшается до 29%, что снижает эффективное поперечное сечение и дополнительно подавляет эрозию. Дополнительный анализ устойчивости подтвердил: такая планета не будет разорвана приливными силами до входа в звёздную оболочку.

Статистический тест показал, что результаты модели нельзя списать на рост числа подгоночных параметров. Оптимизированные контрольные модели с турбулентным перемешиванием и переменным параметром перемешивания, но без поглощения планеты, дали лишь частичный результат и принципиально не дотягивают до уровня модели с «поглощением». Поиск независимого подтверждения — через гелиосейсмические или спектроскопические наблюдения — станет следующим шагом. Если «химический отпечаток» сверхземли в недрах Солнца подтвердится, то это будет означать, что звезда до сих пор хранит информацию о событиях эпохи формирования Солнечной системы — достаточно лишь суметь её выявить.