|
Состав ядер астероидов в ранней Солнечной системе
|
|
|
|
Железные метеориты Солнечной системы состоят из родительских ядер, принадлежащих самым ранним зачисленным телам окружающей среды. Ядра формируются в двух изотопно различных резервуарах, включая неуглеродистые и углеродсодержащие типы во внутренней и внешней Солнечной системе. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Бидонг Чжан и группа ученых в области наук о Земле, планетах и космосе из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса измерили элементный состав углеродистых соединений группы железа с использованием моделирования фракционной кристаллизации для реконструкции объемного состава и процессов кристаллизации предшествующих родительских ядер астероидов.
|
|
|
|
Результаты показали более низкое содержание серы и более высокое содержание фосфора в сердечниках из углеродистого железа по сравнению с сердечниками из неуглеродистого железа. Команда ученых связала разнообразное содержание элементов среди углеродистых ядер с распределением включений, богатых кальцием и алюминием, в протопланетном диске, которые, возможно, были перенесены во внешние части Солнечной системы и неоднородно распределены в течение первого миллиона лет истории Солнечной системы.
|
|
|
Астрофизики классифицируют большинство метеоритов на две категории; углеродистые (сокращенно CC) и неуглеродистые (сокращенно NC) типы, которые основаны на композициях азота, кислорода, титана, никеля, вольфрама, молибдена и рутения. Изотопная дихотомия проявляется в нуклеосинтетических аномалиях, которые показывают, насколько углеродсодержащие метеориты обогащены нуклидами процесса быстрого захвата нейтронов по сравнению с неуглеродистыми метеоритами. Большинство метеоритов, по-видимому, происходят либо из внутренней Солнечной системы (неуглеродистые), либо из внешней Солнечной системы (углеродистые). Исследователи предполагают, что два резервуара, вероятно, были разделены образованием Юпитера более 1 миллиона лет назад, после образования включений, богатых кальцием и алюминием (CAI).
|
|
|
|
Железные метеориты можно далее разделить на магматические и немагматические, где первые образовались в результате фракционной кристаллизации в хорошо перемешанных расплавленных металлических ядрах внутри дифференцированных астероидов. Химические признаки и история планетарной эволюции ядер астероидов могут быть реконструированы с помощью моделирования фракционной кристаллизации. Существующие модели кристаллизации групп железа СС и НК в основном основывались на элементах рутения, германия, палладия, иридия, осмия или золота.
|
|
|
|
В этой работе Чжан и его коллеги использовали новые высокоточные данные нейтронно-активационного анализа, дополненные данными масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Они представили результаты для 19 элементов и оценили состав ядер углеродистого железа и неуглеродистых ядер, чтобы понять процессы, ответственные за фракционирование сидерофильных элементов среди ядер, и реконструировать процессы кристаллизации ядер CC-железа.
|
|
|
|
Исследователи обычно могут моделировать вариации концентраций сидерофильных элементов в группе магматических железных метеоритов посредством фракционной кристаллизации. Например, увеличение концентрации серы и фосфора в металлических расплавах может повлиять на поведение сидерофилов. Кроме того, хотя концентрация фосфора в большинстве железных метеоритов была точно измерена, присутствие серы не может быть определено напрямую. Чжан и его команда создали новую модель для определения начального объемного состава серы и фосфора, чтобы соответствовать большинству из 18 интересующих межэлементных трендов. Стратегия хорошо работала для ряда элементов и привела к разработке нескольких классификаций элементов в работе.
|
|
|
|
Исследователи показали, как повышенные объемные концентрации высокосидерофильных элементов (HSE) в ядре были вызваны либо окислительно-восстановительным состоянием родительского тела, либо смесью различных содержаний высокотемпературных тугоплавких металлов из солнечной туманности. В случае с углеродистыми хондритами исследователи наблюдали, что высокосидерофильные элементы обогащены включениями, богатыми кальцием и алюминием, по сравнению с другими богатыми силикатами компонентами и самородками тугоплавких металлов, которые способствовали формированию первичных хозяев высокосидерофильных элементов.
|
|
|
|
В работе дополнительно исследовались сидерофильные элементы и содержание серы / фосфора, чтобы подтвердить идею о том, что содержание серы может иметь значительное влияние на температуру дифференциации исходных тел железных метеоритов. Они изучили фракционирование летучих и умеренно летучих сидерофилов, а также процессы кристаллизации, чтобы понять происхождение железных ядер CC- и NCC. Команда оценила модель эволюции солнечного протопланетного диска и содержания HSE в ядрах углеродистого железа, используя модели фракционной кристаллизации, чтобы предположить образование астероидов, обогащенных HSE, ближе к Юпитеру в горбе давления, в то время как HSE-хондритовые астероиды формировались дальше от Юпитера. Юпитер.
|
|
|
|
Таким образом, Бидонг Чжан и его коллеги описали объемные составы и процессы кристаллизации, которые произошли в первые несколько миллионов лет истории Солнечной системы с образованием ядер железных метеоритов углеродистого типа, что привело к эволюции металлических расплавов и ядер астероидов. Они провели моделирование фракционной кристаллизации, чтобы реконструировать объемный состав и процессы кристаллизации межэлементных трендов в группах железных метеоритов углеродистого типа.
|
|
|
|
Результаты показали состав группы углеродистого (CC) железа и группы неуглеродистого (NC) железа, чтобы продемонстрировать их вклад в кристаллизацию и эволюцию состава. В то время как ядра из CC-железа кристаллизовались в окисленных средах по сравнению с ядрами из NC, они имели более низкое содержание серы, более высокое содержание фосфора, никеля и повышенное содержание высокосидерофильных элементов в исходных расплавах по сравнению с ядрами из NC-железа.
|
|
|
|
Источник
|
