|
Планетообразующие диски теряют газ быстрее, чем пыль
|
|
|
|
Международная команда астрономов, в которую входят исследователи из Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, обнародовала новаторские данные о газовых и пылевых дисках, окружающих близлежащие молодые звезды, с помощью мощного телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, или ALMA.
|
|
|
|
Результаты, опубликованные в 12 статьях в специализированном выпуске Astrophysical Journal, являются частью масштабной программы ALMA под названием ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks, или AGE-PRO. AGE-PRO наблюдал за 30 планетообразующими дисками вокруг солнцеподобных звезд, чтобы измерить массу газовых дисков в разном возрасте. Исследование показало, что газовые и пылевые компоненты в этих дисках эволюционируют с разной скоростью.
|
|
|
|
Предыдущие наблюдения ALMA позволили изучить эволюцию пыли в дисках; AGE-PRO впервые отслеживает эволюцию газа, обеспечивая первые измерения масс и размеров газовых дисков на протяжении всего времени существования планетообразующих дисков, по словам главного исследователя проекта Ке Чжана из Университета Нью-Йорка. Висконсин-Мэдисон.
|
|
|
|
"Теперь у нас есть и газ, и пыль", - сказала Илария Паскуччи, профессор планетарных наук в Калифорнийском университете и один из трех главных исследователей AGE-PRO. "Наблюдать за газом намного сложнее, потому что это занимает гораздо больше времени, и именно поэтому нам приходится использовать такую большую программу, как эта, чтобы получить статистически значимую выборку".
|
|
|
|
|
|
|
Протопланетный диск вращается вокруг своей звезды-хозяина в течение нескольких миллионов лет, по мере того как его газ и пыль выделяются и рассеиваются, определяя временные рамки для формирования планет-гигантов. Первоначальная масса и размер диска, а также его угловой момент оказывают глубокое влияние на тип планеты, которую он может сформировать — газовые гиганты, ледяные гиганты или мини-Нептуны — и пути миграции планет. Время жизни газа внутри диска определяет временные рамки для превращения пылевых частиц в объект размером с астероид, формирования планеты и, наконец, миграции планеты с того места, где она родилась.
|
|
|
|
Одним из самых неожиданных результатов исследования стало то, что команда обнаружила, что по мере старения дисков их газ и пыль расходуются с разной скоростью и соотношение массы газа и пыли меняется по мере эволюции дисков: в отличие от пыли, которая имеет тенденцию оставаться внутри диска в течение более длительного периода времени, газ рассеивается относительно быстро, затем более медленно по мере старения диска. Другими словами, диски, образующие планеты, выбрасывают больше газа, когда они молоды.
|
|
|
|
Чжан сказал, что самым удивительным открытием является то, что, хотя большинство дисков рассеиваются через несколько миллионов лет, те, которые выживают, содержат больше газа, чем ожидалось. Это позволяет предположить, что у газовых планет, таких как Юпитер, меньше времени для формирования, чем у каменистых планет.
|
|
|
|
Уникальная чувствительность ALMA позволила исследователям использовать слабые, так называемые молекулярные линии для изучения холодного газа в этих дисках - характерные длины волн светового спектра, которые, по сути, действуют как "отпечатки пальцев", идентифицирующие различные виды молекул газа. В ходе первого в своем роде крупномасштабного химического исследования AGE-PRO изучил 30 планетообразующих дисков в трех областях звездообразования возрастом от 1 до 6 миллионов лет: Змееносец (самый молодой), Волчанка (1-3 миллиона лет) и Верхний Скорпион (самый старый). Используя ALMA, AGE-PRO получила данные о ключевых характеристиках газовых и пылевых масс в дисках, охватывающих важнейшие этапы их эволюции, от самого раннего образования до их возможного рассеяния. Эти данные ALMA послужат всеобъемлющей унаследованной библиотекой наблюдений спектральных линий для большой выборки дисков, находящихся на разных стадиях эволюции.
|
|
|
|
Диншань Дэн (Dingshan Deng), аспирант из LPL, который является ведущим автором одной из статей, представил сокращение данных — по сути, анализ изображений, необходимых для перехода от радиосигналов к оптическим изображениям дисков — для области звездообразования в созвездии Волчанки (что в переводе с латыни означает "волк")..
|
|
|
|
"Благодаря этим новым и длительным наблюдениям у нас теперь есть возможность оценить и проследить массы газа не только для самых ярких и лучше изученных дисков в этом регионе, но и для более мелких и тусклых", - сказал он. "Благодаря обнаружению газовых индикаторов во многих дисках, где их раньше не было видно, теперь у нас есть хорошо изученный образец, охватывающий широкий диапазон масс дисков в области звездообразования Волчанки".
|
|
|
|
"Потребовались годы, чтобы найти правильный подход к сокращению объема данных и их анализу для получения изображений газовых масс, используемых в этой статье и во многих других работах совместной работы", - добавил Паскуччи.
|
|
|
|
Монооксид углерода является наиболее широко используемым химическим индикатором в протопланетных дисках, но для тщательного измерения массы газа в диске необходимы дополнительные молекулярные индикаторы. Компания AGE-PRO использовала N2H+, или диазенилий, ион, используемый в качестве индикатора газообразного азота в межзвездных облаках, в качестве дополнительного газового индикатора для значительного повышения точности измерений. Датчики ALMA также были настроены на получение спектральных световых сигналов от других молекул, включая формальдегид, цианид метила и несколько видов молекул, содержащих дейтерий, изотоп водорода.
|
|
|
|
"Еще одно открытие, которое нас удивило, заключалось в том, что соотношение масс газа и пыли на дисках разной массы имеет тенденцию быть более равномерным, чем ожидалось", - сказал Дэн. "Другими словами, диски разного размера будут иметь одинаковое соотношение массы газа и пыли, в то время как в литературе высказывалось предположение, что диски меньшего размера могут быстрее выделять газ".
|
|
|
|
Источник
|
