Международная группа астрофизиков из Эгейского университета в Турции предложила объяснение трёх аномалий Солнца. По расчётам исследователей, около 4,6 млрд лет назад молодая звезда могла поглотить каменистую сверхземлю, а следы планеты до сих пор сохраняются в солнечных недрах.
Стандартные модели солнечной эволюции десятилетиями не могли одновременно воспроизвести несколько наблюдаемых параметров. Скорость звука сразу под конвективной зоной расходится с данными гелиосейсмических измерений, глубина этой зоны в расчётах также не совпадает с реальной. Кроме того, на поверхности Солнца обнаружено в 140 раз меньше лития, чем предсказывают модели.
Учёные предположили, что у всех трёх проблем может быть общий источник. Речь идёт о сверхземле — каменистой планете массой в 5—10 раз больше Земли. После её поглощения в солнечном веществе мог остаться химический отпечаток, который повлиял на внутреннюю структуру звезды.
Исследователи смоделировали два последовательных эпизода аккреции. Сначала звезда поглотила богатое тяжёлыми элементами планетное вещество, затем на неё выпал газ из протопланетного диска. Этот газ уже был беднее металлами, поскольку часть тяжёлых элементов ранее использовали формировавшиеся планеты.
Лучший результат показала модель DD1020, названная в честь планеты Dev Dilek. В ней поглощённая сверхземля имела массу около 5,6 масс Земли. Более широкий диапазон расчётов составил от 5 до 10 земных масс.
Планета оставила локально обогащённый тяжёлыми элементами слой непосредственно под конвективной зоной, на глубине от 0,96 до 0,973 массы Солнца. Изменение состава вещества и внутренней стратификации помогло модели согласовать скорость звука и глубину конвективной зоны с наблюдениями.
Та же схема объяснила дефицит лития. Если поглощённое вещество содержало мало этого элемента, а дополнительное турбулентное перемешивание под конвективной зоной оставалось неглубоким, рассчитанная концентрация лития на поверхности совпадала с наблюдаемой. Требуемая глубина перемешивания также согласовалась с независимыми оценками для тахоклина, переходной области в верхней трети Солнца.
Авторы проверили химические последствия поглощения и физическую реализуемость события. Расчёты показали, что плотная каменистая планета могла пройти через конвективную оболочку молодого Солнца почти без потери массы. Аэродинамическое разрушение и абляция отняли бы лишь пренебрежимо малую долю вещества.
Сжимающееся под внешним давлением тело уменьшало радиус до 29%. Благодаря этому сокращалось эффективное поперечное сечение, а эрозия становилась слабее. Дополнительный анализ устойчивости показал, что приливные силы не должны были разорвать планету до её входа в звёздную оболочку.
Статистическая проверка не выявила объяснения результата простым увеличением числа подгоночных параметров. Контрольные модели с турбулентным перемешиванием и меняющимся параметром перемешивания, но без поглощения планеты, объяснили данные лишь частично и уступили модели с планетным событием.
Проверить сценарий помогут независимые гелиосейсмические или спектроскопические наблюдения. Они покажут, сохранился ли в недрах Солнца химический след сверхземли, поглощённой на раннем этапе формирования звезды.