Chemistry in protoplanetary disks (short review in Russian)
在这个演讲中,我将讨论在理解原行星盘的化学演化方面的最新进展,这些原行星盘类似于我们的太阳系在最初的一千万年中。在行星形成的边缘,温度、密度和辐射强度的强烈变化导致了这些圆盘的分层化学结构。在热、稀和强辐照的大气中,只有简单的自由基、原子和原子离子可以通过气相过程存活、形成和破坏。在大气层之下,有一个部分被紫外线屏蔽的温暖分子层,高能辐射驱动着气相和尘埃表面的丰富化学物质。在一个寒冷、致密、黑暗的圆盘中面,许多分子被冻结,形成厚厚的冰幔,表面化学活跃,合成复杂的(有机)物种。
2012-02-24 astro-ph.EP astro-ph.GA
Chemistry in a forming protoplanetary disk: main accretion phase
我们研究了恒星形成核的辐射-流体动力学模型中的化学,该模型在$\sim 10^5$年内从一个冷的($\sim 10$ K)星前核演化到主吸积相。一个旋转支撑的引力不稳定盘在原恒星周围形成。我们提取的物理参数的时间变化在$\sim 1.5 \times 10^3$ SPH粒子最终在磁盘中,并进行后处理计算的气体-颗粒化学采用三相模型。在圆盘内部,SPH颗粒向内和向外迁移。由于一个显着的部分挥发物,如CO可以被困在水占主导地位的冰在三相模型中,冰地幔成分不仅取决于目前的位置在磁盘上,但也对尘埃颗粒是否经历过比水升华温度更高的温度。稳定的分子,如H $_2$ O、CH $_4$、NH $_3$和CH $_3$ OH,在引力坍缩开始时就已经很丰富了,并且随着流体包迁移到水雪线内部而简单地升华。另一方面,各种分子,如碳链和复杂的有机分子(COM)中形成的磁盘。COMs丰度敏感地依赖于大块冰幔中光碎片的光解和扩散速率。对于含S物质,在坍缩阶段,H $_2$ S冰是丰富的。在盘的暖区,H $_2$ S升华而被破坏,而SO、H $_2$ CS、OCS和SO $_2$变得丰富。
2016-11-11 astro-ph.GA astro-ph.SR
Warm dust surface chemistry in protoplanetary disks. Formation of phyllosilicates
地球上的水库的起源是有争议的。地壳的含水量可能至少是海洋的三倍。这种地壳水以层状硅酸盐的形式存在,其来源可能与海洋不同。我们测试了在原行星盘中形成层状硅酸盐的可能性,这可能是类地行星的基石。我们开发了一个探索性的速率为基础的温暖的表面化学模型,水从气相可以chemisorb尘埃颗粒表面,随后扩散到硅酸盐核心。我们将层状硅酸盐形成模型应用于零维化学模型和二维原行星盘模型(ProDiMo)。盘模型除了包括冷和热表面化学连续体和线辐射转移,光过程(光解离,光电离和光解吸),气相冷和热化学,包括三体反应,和详细的热平衡。尽管水在硅酸盐颗粒表面的化学吸附和扩散进入核心的能量势垒很高,但在80 ~ 700 K的所有气体和粉尘温度下,当气体密度为2 E4 cm^-3时,表面的化学吸附位点都可以被羟基键(-OH)占据。在250 - 700 K温度范围内,硅酸盐核中的化学吸附位被占据.在较高温度下,发生化学吸附水的热解吸。占用效率仅受硅酸盐的最大吸水量限制。在气体密度为1 E8 cm^-3时,对于半径为1 mm的颗粒,完全水合的时间尺度最多为1 E5年。在1 Myr内的原行星盘中,尘埃凝聚阶段的尘埃颗粒上可以形成层状硅酸盐。然而,与太阳系天体中发现的层状硅酸盐相比,由温暖的表面化学形成的层状硅酸盐的数量是否足够还不清楚。
2018-12-11 astro-ph.GA
Disk Imaging Survey of Chemistry with SMA (DISCS): I. Taurus Protoplanetary Disk Data
化学在原行星盘的结构和演化中起着重要的作用,对彗星和行星的组成也有影响。这是基于DISCS数据的一系列论文中的第一篇,DISCS是一个对原行星盘化学成分的亚毫米阵列调查。该计划中的六个金牛座源(DM Tau,AA Tau,LkCa 15,GM Aur,CQ Tau和MWC 480)的恒星光谱类型从M1到A4,并提供了一个测试恒星光度对盘化学影响的机会。在10条不同的谱线上观测到了圆盘,分辨率约为3”,均方根值约为100 mJy束-1,速度约为0.5 km s-1。四条最亮的谱线是CO 2-1、HCO+ 3-2、CN 2_3-1_2和HCN 3-2,这些谱线在所有源上都能被检测到(除了HCN在CQ Tau上)。CN 2_2-1_1、DCO+ 3-2、N_2H + 3- 2、H_2CO 3_03-2_02和4_14-3_13的较弱谱线分别朝向两到三个圆盘,而DCN 3-2仅朝向LkCa 15。未检出CH 3OH 4_21-3_12和c-C3 H2。金牛座T和Herbig Ae源的CN和HCN强度没有明显差异。相比之下,DCO+、DCN、N2 H+和H2 CO只在金牛座T星附近被探测到,这表明赫比格Ae星周围的盘缺乏足够长时间尺度的冷区域,以允许有效的氘化学、CO冻结和颗粒化学。
2010-07-08 astro-ph.GA
Protoplanetary disk chemistry and structure
本综述聚焦地球生命必需的六种元素,结合ALMA与JWST的观测能力,概述原行星盘化学结构的现有研究进展,为理解行星多样性与宜居行星形成提供化学视角参考。
2024-10-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
H2 ro-vibrational excitation in protoplanetary disks and its effects on the chemistry
H $_2$振转激发对原行星盘化学的影响进行了研究,使用的框架,解决了磁盘的物理和化学结构,包括H $_2$水平的人口的详细计算。化学与ro-振动激发H $_2$被发现是重要的几个常见的物种在磁盘中的形成,这项工作表明,需要准确地处理PDR化学磁盘,如果我们要作出推论的化学状态的磁盘在行星形成时代。这被发现是更关键的分子,如C $_2$ H,CN或HCN,通常用于推断元素盘C/O和N/O比的变化,与星子的形成和系外行星大气的组成的影响。与未处理激发态H $_2$的计算相比,对于CN、HCN/HNC等分子,使用全H $_2$布居计算的垂直柱密度增加了$\sim1-2$数量级。对于常用的伪能级近似,当与完整模型相比时,这些分子的计算列被高估了$\sim3-5$的因子。我们进一步注意到,这些分子的计算丰度强烈依赖于泵浦H $_2$能量的FUV光子的强度(即11- 13.6eV),其在盘中没有很好地约束,为了更准确地评估CN/H2 O2,需要关键反应N + H $_2\rightarrow $ NH的速率常数作为H $_2$振转能级的函数。HCN化学,但目前不可用。
2021-02-16 astro-ph.GA
A three-phase approach to grain surface chemistry in protoplanetary disks: Gas, ice surfaces and ice mantles of dust grains
我们研究了颗粒表面反应对原行星盘化学的影响,其中气体,冰表面层和尘埃颗粒的冰地幔被认为是三个不同的阶段。气相和粮食表面化学被发现主要是由光反应和尘埃温度梯度驱动。冰盘内部有三个不同的化学区域:(i)具有低FUV通量和温暖尘埃的内部中平面($\gtrsim 15$ K),导致形成复杂的有机分子,(ii)具有较高的FUV从ISM和冷尘埃,其中氢化反应占主导地位,(iii)在中平面上方但在水凝结前沿下方的分子层,其中冰的光解影响气相组成。一些常见的基团,例如,CN和C $_2$ H,表现出两层垂直结构,并在CO光解锋和水凝结锋附近丰富。对于许多气相分子,由于减少的解吸,三相近似通常导致比两相模型更低的垂直柱密度,例如,H $_2$ O、CO $_2$、HCN和HCOOH减少$\sim$两个数量级。最后,我们发现,许多观察到的气相物种起源于附近的水凝结锋;光过程确定其列密度不显着变化的关键磁盘属性,如质量和灰尘/气体比。
2019-10-02 astro-ph.GA
Chemistry in disks. XI. Sulfur-bearing species as tracers of protoplanetary disk physics and chemistry: the DM Tau case
上下文在星际介质和彗星中观察到几种含硫分子,与迄今为止只检测到CS,H $_2$ CS和SO的原行星盘形成强烈对比。目的。我们结合观测和化学模型来限制DM Tau原行星盘中硫的丰度及其对物理和化学条件的敏感性。方法.我们在CS、SO、SO $_2$、OCS、CCS、H $_2$ CS和H $_2$ S系中获得了带4和带6中DM Tau的$0.5^{"}$ ALMA观察,实现了$\sim 5$ mJy灵敏度。使用非LTE的辐射传输程序RADEX和正演模拟工具ESTFIT,磁盘平均CS柱密度和上限的其他物种的推导。结果仅检测到CS,衍生柱密度为$\sim 2-6 \times 10^{12}$ cm $^{-2}$。我们报告了第一次尝试检测SO $_2$在DM Tau。对于其他含S物质,上限范围在$\sim 10^{11}$和$10^{14}$ cm $^{-2}$之间。与这些值匹配的最佳拟合化学模型要求在$r \sim 50-100$ au下气相C/O比> 1。与化学建模,我们表明,含硫物种可以是强大的示踪剂的气相C/O比,表面反应速率,晶粒尺寸和紫外强度。结论.在DM Tau中没有检测到CS以外的各种含硫分子,这意味着气相中缺乏活性硫,要么是通过有效的冻结,要么是因为大多数元素硫都存在于其他大物种中,如彗星中所发现的。推测出的高CS/SO和CS/SO $_2$比值要求非太阳能的C/…
2018-06-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Methanol emission tracing ice chemistry and dust evolution in the TW Hya protoplanetary disk
本研究利用ALMA高灵敏度观测TW Hya原行星盘的气相甲醇,结合静态气粒模型分析其分布与形成机制,指出需纳入动态过程才能匹配观测,揭示了类太阳恒星盘内复杂化学前体受颗粒化学与尘埃演化共同调控的规律。
2025-10-05 astro-ph.GA astro-ph.SR
A Submillimeter Survey of CS Excitation in Protoplanetary Disks: Evidence of X-ray-Driven Sulfur Chemistry
本研究通过亚毫米巡天结合多望远镜观测12个行星形成盘,发现CS化学对盘结构或恒星特征不敏感,但恒星X射线光度与CS柱密度正相关,为X射线驱动硫化学提供证据。
2025-11-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Sulfur chemistry in protoplanetary disks: CS and H2CS
原行星盘(PPD)中硫化学的性质和丰度可能会影响年轻行星上的硫存量,从而影响其可居住性。PPD也为硫化学模型提供了一个有趣的测试平台,因为每个磁盘都提供了一组不同的环境。在这方面,我们提出了新的硫分子观测PPD,和新的S-盘化学模型。利用ALMA,我们观察到CS 5-4向五种PPD(DM Tau、DO Tau、CI Tau、LkCa 15、MWC 480)的旋转转变,以及CS 6-5向三种PPD(LkCa 15、MWC 480和V4046 Sgr)的转变。在该样本中,CS显示了一系列径向分布,从中心峰值到间隙和环。我们还首次在PPD中检测到$^{13}$ CS 6-5(LkCa 15和MWC 480)、C $^{34}$ S 6-5(LkCa 15)和H $_2$ CS $8_{17}-7_{16}$、$9_{19}-8_{18}$和$9_{18}-8_{17}$(MWC 480)跃迁。使用LTE模型来约束柱密度和激发温度,我们发现,无论是$^{13}$ C和$^{34}$ S增强CS,或CS是光学厚,尽管其相对较低的亮度温度。需要更多的线和更高的空间分辨率观测来区分这些情景。假设CS是光学薄的,CS柱密度模型预测再现的观察在几个因素的MWC 480和LkCa 15。然而,该模型低估H $_2$ CS 1-2个数量级。最后,通过比较在MWC~480盘和不同ISM源上观测到的H $_…
2019-03-26 astro-ph.GA
Chemistry in Protoplanetary Disks
年轻恒星周围的原行星盘(Protoplanetary disk,PPD)是一个寿命短(约0.3-10百万年)、致密(约10-1000天文单位)的气体和尘埃旋转储存器。PPD被认为是行星系统的诞生地,微小的颗粒聚集成鹅卵石,然后是岩石,星子,最终是行星,小行星和彗星。物理条件(温度、密度、电离率、紫外线/X射线强度)的强烈变化使各种化学过程在尘埃盘中活跃,在气相中产生简单分子,在尘埃颗粒表面产生复杂的多原子(有机)物种。在这篇文章中,我们总结了主要的现代观测方法和理论范式用于调查磁盘的化学成分和演化,并提出最重要的结果。未来的研究方向,将成为可能的阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)和其他即将到来的观测设施的到来进行了讨论。
2010-11-22 astro-ph.EP astro-ph.GA
Multiple paths of deuterium fractionation in protoplanetary disks
我们研究了原行星盘中H $_2$和H $_3^+$的氘化学和核自旋态化学。氘分馏的多种途径被发现,交换反应与D原子,如HCO $^+$ + D,是有效的,除了那些与HD。在一个颗粒大小适合乌云的圆盘模型中,分子的冻结在外部中平面是严重的,而圆盘表面被屏蔽了紫外线辐射。因此,包括DCO $^+$在内的气体分子在盘表面变得丰富,这倾向于使它们的柱密度分布相对平坦。如果尘埃颗粒已经增长到毫米级,中性物质的冻结速率降低,气体分子的丰度,包括DCO $^+$和N $_2$ D $^+$,在冷的中平面增加。湍流扩散将盘表面的D原子和自由基传输到中平面,并将中平面中的稳定冰物种传输到盘表面。因此,湍流对化学的影响是多方面的;而DCO $^+$和N $_2$ D $^+$丰度的增加或减少取决于区域,HCN和DCN在气体和冰的最内半径大大减少,与没有湍流的模型相比。当宇宙射线穿透磁盘,H $_2$的ortho-to-para ratio(OPR)被发现是热的磁盘中,除了在冷($\lesssim 10$ K)的中平面。我们还分析了H $_3^+$和H $_2$ D $^+$的OPR,以及H $_2$ D $^+$、DCO $^+$和N $_2$ D $^+$的主要反应,以分析推导它们在冷中平面中的丰度。
2018-03-07 astro-ph.GA astro-ph.SR
Gas chemistry in the dust depleted inner regions of protoplanetary disks. I. Near-IR spectra and overtones
Max-Planck Institute for extraterrestrial physics(马克斯·普朗克地外物理研究所);Kapteyn Astonomical Institute, University of Groningen(格罗宁根大学卡普坦天文研究所);University Observatory, Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians-University at Munchen(慕尼黑路德维希-马克西米利安大学物理学院天文台);Max-Planck-Institut fur Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所)
研究原行星盘尘埃亚熔区内部分子化学,通过建模分析近红外光谱和偶极子谱线,揭示尘埃耗尽区对CO和H2O线发射的贡献。
2026-03-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
An evolutionary study of volatile chemistry in protoplanetary disks
一颗行星的挥发性成分取决于母盘中的气体和冰的存量。预计盘中的挥发性化学物质会随着时间的推移而演变,尽管这种演变在观测上受到很大的限制。我们目前ALMA观测C18 O,C2 H,和同位素H13 CN,HC 15 N,和DCN对5类0/I磁盘候选人。结合Bergner等人(2019 b)提出的14个II类磁盘样本,该数据集提供了磁盘寿命期间挥发性化学演变的视图。我们的C18 O丰度的估计是一致的快速耗尽的CO在第一个~0.5-1万年的磁盘寿命。我们没有看到C2 H和HCN的形成增强CO耗竭的证据,可能是因为气体已经相当丰富的CO。进一步CO耗竭可能会阻碍他们的生产,限制气相碳供应。嵌入源显示出几个化学差异相比,第二类阶段,这似乎是由于屏蔽辐射的信封(影响C2 H的形成和HC 15 N分馏)和升华的冰从下落的材料(影响HCN和C18 O丰度)。0/I类和II类来源之间的化学差异可能会影响行星形成材料在磁盘寿命的不同阶段的挥发性成分。
2020-06-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The diverse chemistry of protoplanetary disks as revealed by JWST
本研究利用JWST-MIRI的JOYS和MINDS项目早期数据,观测5个不同质量恒星周围的原行星盘,发现其化学组成存在显著多样性,揭示了盘内活跃气相化学与物理结构的关联及其对系外行星化学组成的影响。
2023-07-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Ortho-Para Chemistry of H2CO in the Protoplanetary Disk TW Hya
Université Grenoble Alpes(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);CNRS(法国国家科学研究中心);Korea Astronomy and Space Science Institute(韩国天文学与空间科学研究院);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);RIKEN Pioneering Research Institute(理化学研究所前沿研究机构)
研究TW Hya过渡盘中H2CO的正交-对称比,结合物理模型与UGAN网络,揭示化学过程对行星组成的影响。
2026-03-13 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Impact of photoevaporative winds in chemical models of externally irradiated protoplanetary disks
本研究利用DALI后处理外部辐照原行星盘的辐射流体动力学模拟,发现光致蒸发风通过长波热再辐射改变盘体加热与挥发物丰度,并主导数量级的谱线流量差异。
2025-01-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The cometary composition of a protoplanetary disk as revealed by complex cyanides
对彗星和小行星的观测表明,孕育我们行星系统的太阳星云富含水和有机分子。轰击将这些有机物带到了年轻的地球表面,播下了早期的化学种子。与小行星不同的是,彗星保留了太阳星云组成的几乎原始的记录。彗星中氰化物的存在,包括相对于水的0.01%的甲基氰化物(CH 3CN),由于C-N键对非生物氨基酸合成的重要性而特别感兴趣。在原恒星中发现了简单和复杂挥发物的彗星状成分,并且可以很容易地通过气相化学的组合来解释,例如形成HCN和颗粒表面上的活跃冰相化学,从而提高复杂性[3]。简单的挥发物,包括水和HCN,以前已经在太阳星云类似物-年轻恒星周围的原行星盘-中检测到,这表明它们在盘形成时幸存下来,或者在原地重新形成。迄今为止,还不清楚太阳星云外更复杂的有机分子是否也是如此,因为最近的观测表明,由于吸积冲击,新生的包层和年轻的盘之间的边界处的化学发生了巨大的变化[8]。在这里,我们报告的检测CH 3CN(和HCN和HC 3 N)的原行星盘周围的年轻恒星MWC 480。我们发现这些含氮有机物在气相中的丰度比与彗星相似,这表明在冰盘中复杂氰化物的相对丰度更高。这意味着在原行星盘中复杂的有机物伴随着简单的挥发物,太阳星云中丰富的有机化学并不是独一无二的。
2015-05-23 astro-ph.EP astro-ph.GA
Disk Imaging Survey of Chemistry with SMA: II. Southern Sky Protoplanetary Disk Data and Full Sample Statistics
这是基于DISCS数据的一系列论文中的第二篇,DISCS是一个亚毫米阵列观测计划,旨在从空间和光谱上解析12个原行星盘的化学成分。我们提供了六个南天源的数据- IM Lup,SAO 206462(HD 135344 b),HD 142527,AS 209,AS 205和V4046 Sgr -补充了先前报道的金牛座恒星形成区域的六个源。CO2 -1和HCO+ 3-2的排放检测和解决在所有磁盘和开普勒旋转一致的速度模式。当检测到时,来自DCO+ 3-2、N2 H + 3-2、H2 CO 3-2和4-3、HCN 3-2和CN 2-1的发射通常也是空间分辨的。M星和K星的探测率最高,而F星SAO 206462只有微弱的CN和HCN发射,HD 142527只探测到H2 CO。这些发现与之前金牛座圆盘的统计数据一起,支持了许多小分子的高检测率取决于冷和受保护的圆盘中平面的存在的假设,与M和K星相比,F和A星周围的情况较少。建议的辐射示踪剂CN/HCN的平均变化被发现是小的,尽管两个数量级范围内的光谱类型和吸积率。与此相反,解决的图像表明,CN/HCN的排放比例与磁盘半径在至少两个系统。在经典/完整的金牛座T盘和过渡盘之间的盘化学没有明显的观测差异。此外,观测到的线发射并不依赖于测量的吸积光度或检测到的红外线的数量,这表明100 AU以外的化学物质并不与驱动最里面几个AU化学物质的物理过程相耦合…
2011-04-07 astro-ph.GA
Physics And Chemistry Of Star Forming Region And Protoplanetary Disk
我的论文工作旨在研究在广泛的天体物理环境中各种物理和化学条件之间的相互关系。我们研究的区域范围从超热区域(即,星云、光子主导或光解离区域、漫射区域,背景恒星的光可以通过这些区域到达我们)到超冷区域(即,稠密的分子云、原行星盘等,其中星际尘埃颗粒吸收所有背景可见光和紫外光)。星际云的化学复杂性由于物理条件的演变而逐渐演变。密集的分子云是恒星形成的诞生地,在那里可以观察到各种各样的复杂有机分子。尘埃颗粒在这些复杂的有机分子的形成中起着至关重要的作用。在恒星形成区的升温阶段,在冷相形成的分子开始通过各种热蒸发和非热蒸发过程返回气相。在进一步演化的阶段,这些复杂的分子根据其凝结温度再次冻结到原行星盘的外部,形成所谓的雪线。这些分子与占主导地位的尘埃粒子的结合能在确定这个磁盘的结构信息中起着至关重要的作用。因此,分子的结合能对于理解恒星和行星形成过程的几个关键方面至关重要。在这篇论文中,我将讨论在恒星形成区域的广泛范围内获得的化学复杂性,以及这种化学复杂性是否会导致空间中的生物分子。
2022-08-11 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Molecules in the carbon-rich protoplanetary nebula CRL 2688
利用射电天文学毫米波研究所(IRAM)30 m望远镜在3 mm和2 mm波段对富碳原行星状星云(PPN)CRL 2688进行了观测。共探测到196条跃迁谱线,分别属于38种分子和同位素体,其中153条跃迁谱线和13种为首次报道。此外,为了有助于未来的研究,我们已经收集了观察数据的分子线CRL 2688从文献中,并将它们编译成一个统一的目录。我们发现CRL 2688的分子丰度不能用星周包层的标准模型来解释。讨论了含金属分子对星周化学的影响。
2022-04-06 astro-ph.GA astro-ph.SR
Simple molecules and complex chemistry in a protoplanetary disk: A JWST investigation of the highly inclined disk d216-0939
本文利用JWST的NIRSpec和MIRI对高倾角原行星盘d216-0939进行1.7–28微米光谱观测,首次在盘中探测到NH₄⁺和氨基甲酸铵冰,揭示了高效的NH₃化学,并强调了散射在光谱分析中的重要性。
2025-02-27 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Disentangling CO Chemistry in a Protoplanetary Disk Using Explanatory Machine Learning Techniques
University of Virginia(弗吉尼亚大学);Carnegie Institution for Science(卡内基科学研究所);Space Telescope Science Institute(空间望远镜科学研究所);National Radio Astronomy Observatory(美国国家射电天文台)
本文提出用可解释回归机器学习模型解析原行星盘中 CO 空间密度与多种物理参数的关系,发现参数组合比单一参数更关键,并验证其与高成本化学模拟结论一致。
2023-12-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemistry in externally FUV irradiated disks in the outskirts of the Orion Nebula
本文利用ALMA观测猎户座星云外围两个受远紫外辐照的原行星盘,发现其化学组成与孤立盘无显著差异,表明外部辐射影响有限,差异主要源于恒星质量。
2024-05-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
H2CO and N2H+ in Protoplanetary Disks: Evidence for a CO-ice Regulated Chemistry
本文介绍了Tauri T星TW Hya和Herbig Ae星HD 163296周围圆盘中2”-6”分辨率的H_2CO和N_2H ~+发射的亚毫米阵列观测结果,并讨论了这些物质相对于CO冻结的分布。HD 163296的H2 CO和N2 H+发射并没有在标记恒星位置的连续发射中心达到峰值,而是明显偏移。使用以前开发的模型,这个磁盘的物理结构,我们表明,H2 CO的观测再现,如果H2 CO主要是存在于寒冷的外盘区域。一个模型,其中H2 CO是目前仅超出CO雪线(估计在半径为160 AU)的观测结果很好地匹配。我们还表明,平均H2 CO激发温度(根据DISCS(带SMA的磁盘成像化学调查)计划中在这两个磁盘和金牛座T星周围更大样本磁盘中观察到的H2 CO的两次跃迁计算得出)与CO的激发温度一致。冻结温度为20 K。此外,我们发现,N2 H+和H2 CO线通量在磁盘是强烈相关的,这些物种的共同形成的样品的指示。两者合计,这些结果意味着,H2 CO和N2 H+通常存在于磁盘中,只有在低温下,CO耗尽到晶粒上,与气相CO快速破坏N2 H+,并通过CO冰氢化原位形成H2 CO一致。在这种情况下,H2 CO,CH 3OH和N2 H+排放的磁盘应出现与CO中面雪线的内缘环。这种预测可以直接用ALMA观测值进行检验,具有较高的分辨率和灵敏度。
2013-01-11 astro-ph.GA
Carbon isotope chemistry in protoplanetary disks: Effects of C/O ratios
本文利用含同位素选择性光解离与交换反应的天体化学模型,揭示原行星盘C/O比对CO及HCN碳同位素分馏的影响,并解释TW Hya观测结果。
2024-04-02 astro-ph.EP astro-ph.GA
First Detection of the Simplest Organic Acid in a Protoplanetary Disk
小行星、彗星和行星的形成发生在恒星形成的早期阶段的原行星盘内部。因此,该盘的化学成分可能会塑造正在形成的行星系统的性质。在这种情况下,关键是要了解是否以及什么有机分子在磁盘中合成。在这封信中,我们报告了第一次检测到甲酸(HCOOH)对TW长蛇座原行星盘。用ALMA在129~GHz对trans-HCOOH 6 $_{(1,6)-5(1,5)}$跃迁进行了观测.我们测量了$\sim$(2-4)$\times$ 10 $^{12}$ ~cm $^{-2}$的圆盘平均气相t-HCOOH柱密度,即与甲醇的密度一样大。HCOOH是第一个在原行星盘中发现的含有两个氧原子的有机分子,这证明了有机化学非常活跃,尽管在这些物体中很难观察到。具体来说,这种最简单的酸是合成地球上生命所使用的更复杂的羧酸的基础。
2018-07-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemical evolution of a protoplanetary disk
本文综述了原行星盘化学演化研究的最新进展。目前的观测限制和理论建模的气体和尘埃的化学成分在这些系统中。在这些盘的温度,密度,高能辐射强度的强烈变化,径向和垂直,导致在一个特殊的磁盘化学结构,其中各种过程是活跃的。在热、稀和严重辐照的大气中,只有最稳定的简单自由基、原子和原子离子存在,它们是通过气相过程形成的。在大气层之下,有一个部分被紫外线屏蔽的温暖分子层,高能辐射在气相和尘埃表面驱动丰富的离子-分子和自由基-自由基化学。在一个寒冷、致密、黑暗的圆盘中面,许多分子被冻结,形成厚厚的冰幔,表面化学活跃,合成复杂的多原子(有机)物种。动态过程影响磁盘的化学组成,通过丰富的复杂物种产生的缓慢的表面过程,这将成为检测ALMA。
2011-07-22 astro-ph.GA astro-ph.HE
Chemistry across dust and gas gaps in protoplanetary disks: modelling the co-spatial molecular rings in the HD 100546 disk
本研究模拟HD 100546原行星盘的分子环,发现其与尘埃环共空间的特征或源于径向变化的C/O比、浅气体间隙及减弱的紫外背景,且CN等自由基并非气体间隙深度的良好示踪物。
2024-05-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The chemistry of planet-forming regions is not interstellar
红外线和亚毫米波技术的进步使得人们能够对原行星盘的行星形成区域的分子含量进行详细的观测。特别是,围绕太阳型恒星的圆盘现在有越来越多的分子库存,可以直接与星前化学和早期太阳星云的推断进行比较。这些数据直接解决了一个老问题,即行星形成物质的化学性质是否与致密云和原恒星包层的化学性质相似或不同。这个问题的答案可能会对行星系的结构和组成产生深远的影响。实际的挑战是,从圆盘上观测到的发射谱线并不容易转化为化学浓度。在这里,我们提出了一个二维辐射转移模型的RNO 90,一个经典的原行星盘周围的太阳质量的恒星,并检索的浓度占主导地位的分子载体的碳,氧和氮在地球区域周围1 AU。我们比较我们的研究结果的化学库存稠密的云和原恒星信封,并认为,内部磁盘化学是,正如预期的那样,从星前化学根本不同。我们发现,最清楚的判别可能是CO $_2$,这是非常低的磁盘,但最丰富的成分之一,致密的云和原恒星信封的浓度。
2014-06-05 astro-ph.EP astro-ph.GA
Formation of the Methyl Cation by Photochemistry in a Protoplanetary Disk
本文利用JWST观测首次在太阳系外原行星盘中发现甲基阳离子CH3+,证实紫外辐照能激活气相有机化学反应。
2024-01-06 astro-ph.GA physics.chem-ph
The gas disk: Evolution and chemistry
原行星盘是行星系的诞生地。星盘系统的演化和星盘化学成分决定了行星形成的初始条件。因此,全面了解盘中的主要物理和化学过程对于我们理解行星形成至关重要。本文综述了盘的早期演化,讨论了恒星高能辐射对盘演化的重要性,描述了盘的一般热结构和化学结构。最后,我们提供了一个概述的气体成分和磁盘风的观测示踪剂。
2016-11-29 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The fate of formamide in a fragmenting protoplanetary disc
最近用ALMA进行的高灵敏度观测显示,在相对演化的原行星盘中存在着复杂的有机分子,如甲基氰化物(CH $_{\rm 3}$ CN)和甲醇(CH $_{\rm 3}$ OH)。在盘演化的早期阶段,COM的行为和丰度仍不清楚。在这里,我们结合了一个光滑的粒子流体动力学模拟的碎片,重力不稳定盘与气体颗粒化学代码。我们用它来调查甲酰胺(NH $_{\rm 2}$ CHO),一个前生物物种的演变,在光盘和在片段中,形成在it.Our结果表明,甲酰胺仍然冻结在大多数光盘的温度为$<$ 100 K的颗粒,与预测的固相丰度,在彗星中观察到的相匹配。由于高温($\geq$ 200 K),甲酰胺以三个片段存在于气相中,但以一个较冷的片段($\leq$ 150 K)保留在固相中。这发生的时间尺度与尘埃沉降的时间尺度相当,这表明任何形成的岩石核心都将直接从原太阳星云继承其甲酰胺含量。
2018-09-26 astro-ph.GA
On the secular evolution of the ratio between gas and dust radii in protoplanetary discs
原行星盘演化的一个关键问题是了解尘埃径向漂移的效率。这个过程使得观测到的尘埃盘尺寸在相对较短的时间尺度上缩小,这意味着尘埃盘开始时比我们现在看到的要大得多。在本文中,我们使用一个独立的约束,气体半径(探测CO旋转发射),测试光盘的演变模型。特别地,我们考虑尘埃和气体半径之间的比率,$R_{\rm CO}/R_{\rm dust}$。我们模拟的粘性演化,晶粒生长和径向漂移的影响下的原行星盘的时间演化。然后,使用辐射转移程序RADMC与近似化学,我们计算的尘埃和气体的半径的模型和研究如何$R_{\rm CO}/R_{\rm dust}$演变。我们的主要发现是,对于盘质量、初始半径和粘度的大范围值,由于径向漂移,$R_{\rm CO}/R_{\rm dust}$在短时间(<100万年)后变大(>5)。这与在年轻恒星形成区域(如狼疮)的测量结果不一致,后者发现的值要小得多,这意味着尘埃径向漂移在这些模型中过于有效。在大而明亮的星盘中,通常被用来阻止径向漂移的子结构,必须存在于大多数星盘中,尽管目前还没有得到解决。
2021-07-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Gravitoviscous protoplanetary disks with a dust component. II. Spatial distribution and growth of dust in a clumpy disk
利用FEOSAD程序,以亚au分辨率数值研究了在剧烈引力不稳定和碎裂作用下,星团原行星盘中尘埃的空间分布和增长。对描述薄盘极限中自引力和粘性原行星盘演化的流体动力学方程进行了修改,以包括由两部分组成的尘埃成分:亚微米大小的尘埃和具有可变最大半径的生长尘埃。还考虑了小尘埃向大尘埃的转化、尘埃的生长、尘埃与气体的摩擦以及尘埃的自重。我们发现,磁盘的外观是显着的时间变化与螺旋臂,尘埃环,和团块,不断形成,发展和衰减。因此,总的尘埃-气体质量比是高度不均匀的整个磁盘的范围内,从典型的1:100的值显示出数量级的局部偏差。通过引力破碎形成的引力束缚团块具有明显偏离开普勒自转的速度模式。小的尘埃在团块内部被有效地转化为大的尘埃,最大半径达到几分米。与此同时,长大的尘埃向团块中心漂移,形成一个巨大的致密中心凝聚体(70-100 $M_\oplus$)。我们认为,原行星可能会形成在内部的向内迁移块之前,他们通过潮汐扭矩的作用分散。我们预测在几十个au的轨道距离的原行星的形成与初始质量的气体和尘埃在原行星种子在(0.25-1.6)$M_{\rm Jup}$和(1.0-5.5)$M_\oplus$的限制,分别。然而,原行星中气体和尘埃的最终质量可能要高得多,这是由于周围大量富含金属的盘/包层的吸积。
2019-09-03 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Visible-Light Photoionization of Aromatic Molecules in Water-Ice: Organic Chemistry across the Universe with Less Energy
气相有机分子如多环芳烃(PAH)的电离需要波长短于200 nm(~6-9 eV)的真空紫外光子。我们在这里提出的第一次,可见光光子-通过阳光-可以导致光电离的被困多环芳烃在低温水冰,占4.4 eV的电离能比气相。这一发现开辟了新的反应途径,包括在许多水和有机物共存的环境中的低能电离。这包括星际介质,分子云,原行星盘,行星表面和大气层(包括地球)。
2021-06-08 astro-ph.GA physics.chem-ph
PDRs4All XV: CH radical and H$_3^+$ molecular ion in the irradiated protoplanetary disk d203-506
本文利用 JWST-NIRSpec 光谱和自主开发的 PAHTATmol 拟合工具,在受强紫外辐照的原行星盘 d203-506 中明确探测到 CH 自由基并可能探测到 H$_3^+$ 分子离子,揭示了紫外驱动化学对行星形成盘化学组成的重要影响。
2025-07-10 astro-ph.GA
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) XII: Inferring the C/O and S/H ratios in Protoplanetary Disks with Sulfur Molecules
含硫分子在生命前化学和行星可居住性中起着重要作用。它们也可作为化学年龄、元素碳氧比和谷物化学加工的探针。它们通常在包括太阳系在内的各种天体中被发现,但它们的分布和化学性质在行星形成盘中仍然是未知的。我们目前的CS($2-1$)的意见,在$\sim0."3$的分辨率内进行ALMA-MAPS大型计划对五个磁盘周围IM Lup,GM Aur,AS 209,HD 163296,和MWC 480。CS检测到在所有五个磁盘,显示各种径向强度分布和空间分布的样品,包括有趣的明显的方位角不对称性。对于MWC 480,我们在$\sim0."5$,CS,$^{13}$ CS,C $^{34}$ S,H $_2$ CS,OCS,和SO $_2$的补充ALMA观测。我们发现柱密度比N(H $_{2}$ CS)/N(CS)$\sim2/3$,表明盘中硫储层的相当大一部分是有机形式的(即,C $_x$ H $_y$ S $_z$)。使用调整到MWC 480的天体化学盘模拟,我们证明$N$(CS)/ $N$(SO)是一个有前途的探针元素C/O比。与观测结果的比较提供了一个超太阳C/O。我们还发现了一个枯竭的气相S/H比,这表明要么硫储层的一部分被锁定在固相或它仍然在一个身份不明的气相储层。本文是《天体物理学杂志增刊》MAPS特刊的一部分。
2021-09-17 astro-ph.EP astro-ph.GA