Модель Солнца предпочитает поглощенную суперземлю, но прямых улик пока нет

Солнце измерено достаточно точно, чтобы выявлять небольшие недостатки моделей его эволюции. Стандартным расчетам трудно одновременно воспроизвести скорость звука сразу под внешним конвективным слоем, глубину этого слоя и некоторые химические содержания на поверхности. Новое исследование проверило, может ли часть расхождений хранить память о богатой тяжелыми элементами планете, упавшей в молодое Солнце.

Мутлу Йылдыз из Эгейского университета использовал программу звездной эволюции MESA и смоделировал два этапа обмена веществом. Сначала поступал богатый тяжелыми элементами материал, интерпретируемый как планета; затем — обедненный этими элементами газ из диска, где формировались планеты. Исследователь менял историю аккреции, турбулентное перемешивание и другие параметры и сопоставлял каждое смоделированное Солнце с гелиосейсмическими измерениями — колебаниями, раскрывающими внутренность звезды, — и наблюдаемыми поверхностными содержаниями.

В испытанном семействе лучше всего подошло сочетание поглощения и турбулентного перемешивания. Предпочтительная модель соответствовала планете массой около 5,6 Земли, а близкие варианты отдавали предпочтение 5–10 массам Земли. В расчете растворенный материал образует под конвективным слоем область, обогащенную тяжелыми элементами. Это меняет непрозрачность и внутреннюю стратификацию, приближая расчетный профиль скорости звука и основание конвекции к значениям, выведенным для Солнца.

Для воспроизведения наблюдаемого дефицита лития на поверхности потребовалось отдельное условие: присоединенное вещество должно быть бедно литием, а лучшие для этого показателя модели использовали 4,6–5,8 массы Земли. Контрольные варианты без поглощения, но с настраиваемым перемешиванием, уменьшили часть расхождений. Сравнение по Байесовскому информационному критерию, штрафующему дополнительную гибкость, предпочло решение с поглощением; тест ранжирует реализованные альтернативы, а не исключает любую возможную физику.

Второй расчет проверял, способна ли компактная каменная планета пройти через солнечный конвективный слой. При зависящей от давления структуре планеты и учете только классического аэродинамического сопротивления и абляции расчетная потеря массы была мала. Эта оценка не описывает полное событие: ударные волны, дробление, неустойчивости и трехмерное растворение остались за пределами одномерной модели. Выживание в упрощенном расчете делает сценарий возможным, но не доказывает, что он произошел.

Гипотеза связывает три современных признака — гелиосейсмическую структуру, поверхностный состав и литий — с общей химической историей ранней Солнечной системы. Следующая проверка должна быть независимой: нужно искать обогащенный слой или другую предсказанную сигнатуру, не выбирая ее ради улучшения того же соответствия. Пока этого нет, диапазон 5–10 масс Земли означает лучше всего работающую в симуляциях массу, а не измерение исчезнувшей планеты.