Вопрос о различиях в химическом составе планет, – «современных», родившихся с далёком прошлом Галактики, и тех, которым только ещё предстоит родиться, была задан в комментарии к одной из предыдущих публикаций. Это был не совсем правильный вопрос. Что не делает его менее интересным.
Неправильно в вопросе понимание комментатором такой сущности, как «тяжёлые элементы». Тяжёлые элементы (или же «металлы») в астрофизике не железо или уран, а все элементы тяжелее гелия. Элементы эти нарабатываются в катастрофических процессах угасания израсходовавших водород звёзд. Причём, разные элементы – в процессах разных и в разном количестве. Чем объясняется относительная распространённость в космосе углерода, кислорода, неона, азота, кремния, железа, серы, магния, и относительная редкость прочих элементов. После же взрывов сверхновых и рассеяния красных гигантов плазма долго остывает, смешиваясь с галактическим водородом. К моменту, когда образуются тёмные туманности, способные коллапсировать в следующее поколение звёзд, распределение элементов в газопылевой смеси становится равномерным.
То есть, – в принципе – со временем в Галактике накапливается всё больше «металлов». Но увеличивается только отношение всех металлов к водороду и гелию. Относительная же (друг к другу) доля, скажем, кислорода и урана в смеси остаётся неизменной. Потому что, в галактике постоянным остаётся отношение количества образовавшихся в единицу времени чёрных дыр к количеству сверхновых Ia – взорвавшихся белых карликов.
Скучная перспектива? Нет. Выше было сказано: «в принципе». Всё, конечно, сложнее. Вышеописанная картина, – с каждым миллиардом лет «каменистые» планеты, не меняя состава, становятся крупнее, так как материала для их создания в туманностях все больше, – характерна для современного космоса. Конкретнее же, для спиральных рукавов гигантских галактик. А есть ещё ядра галактик, эллиптические галактики, карликовые галактики, ещё всякие там галактики «тёмные»… Нельзя сказать, что «там всё иначе» и «может быть всё что угодно». Там все примерно так же, но до какой степени «примерно» и в каком смысле «так же» наука только пытается разобраться… Инструменты, позволяющие такими вопросами заниматься, появились лишь в этом столетии.
Мутно всё и в далёком прошлом. Первые сотни миллионов лет после Большого Взрыва во вселенной творился какой-то треш, и сейчас только «Джеймс Уэбб» пытается рассмотреть какой именно. Но важно в данном контексте, что у древнейших, ещё «безметаллических» звёзд населения II, родившихся 12-13 миллиардов лет назад, планеты уже были. Это установлено. Как установлено уже – наблюдательным путём, – что даже газовые гиганты формироваться начинают с твёрдого ядра. То есть, при в 100 раз меньшей концентрации металлов в газопылевой смеси (да что металлов, даже гелия ещё было мало), механизм образования планет из остаточного диска уже работал.
...И, вот, собственно, о нетривиальном. Тяжёлые элементы производятся в процессах гибели звёзд. Причём, самые тяжелые – от железа и выше, – преимущественно при взрывах звёзд массивных. С образованием чёрных дыр и пульсаров. Элементы же легче железа производятся звёздами среднего веса… То есть, поступление железа в галактическое вещество началось раньше, чем в туманностях появились товарные количества кремния и кислорода. Массивные звёзды живут мало, – миллионы или десятки миллионов лет. Средневесы горят дольше.
В прошлом же данный эффект усиливался и рядом дополнительных факторов. Эволюция звёзд населения II происходила медленнее. Плюс, в первый момент при существенно более высокой ещё температуре вещества рождаться должны были с наибольшей вероятностью именно массивные звёзды…
Таким образом, первое поколение звёзд и, соответственно, планет, рождалось из туманностей слегка приправленных железом, никелем, ураном и торием. И совсем слабо углеродом, кислородом и кремнием. И сразу стоит подчеркнуть, что мы не видим эти туманности. С дистанции 12-13 миллиардов световых лет разглядеть пока можно лишь объекты сравнимые по светимости с карликовыми галактиками… Планеты же появившиеся в раннюю эпоху встречаются и поблизости. Это могут быть либо газовые гиганты (как уже открытый Мафусаил, хотя и не факт, что это не планемо), либо землеподобные, но «железные» миры. Описание условий на древних железных планетах – тема отдельная. Здесь же достаточно отметить, что они должны быть невелики и редки, ввиду малого количества пыли в туманностях. Предпосылок для появления водяных и ледяных планет в молодой вселенной ещё не было.
...Но и ранние железные миры не были первыми телами с твёрдой поверхностью во вселенной. Таковыми должны были стать «полтергейсты» – пульсарные планеты. Ведь пульсары и чёрные дыры должны были появиться во времена, когда ещё не было лёгких звёзд. При этом, древние пульсарные планеты, формирующиеся из остатков железа, исторгнутого взорвавшейся сверхновой, ничем не отличались от современных, – условия в эпицентре космической катастрофы в молодой вселенной, как и сейчас, были одинаковы.
Любопытно также, что очень редкие в спиральных рукавах железные миры могут быть наиболее распространёнными или даже единственными планетами на периферии спиральных и эллиптических галактик, а также в карликовых или иных галактиках, где звездообразование по тем или иным причинам прекращается после первой вспышки. Например, карликовую галактику водород обогащённый (и нагретый) продуктами взрывов первых сверхновых – покидает. Соответственно, элементы «среднего веса» в состав планет уже не войдут, поскольку новых звёзд и планет в такой галактике не появится.
...Какие-то отличия должен будет иметь и состав планет, которым суждено ещё родиться в Галактике в будущем. В настоящий момент, путём сравнения распространённости элементов в ядрах, рукавах и гало галактик, отмечены уже эффекты накопления углерода. Углерод присутствует в туманностях в составе метана – самой лёгкой из «тяжёлых» фракций, – и при формировании звёзд используется в меньшей мере, чем прочие «металлы». Однако, возможные последствия «углеродного отравления» для химического состава планет и условий на них в настоящий момент остаются неизвестными. Сам эффект открыт буквально только что.