Stellar energetic particle ionization in protoplanetary disks around T Tauri stars
陨石中短寿命放射性核素丰度测量的异常表明,原太阳星云受到大量高能粒子(E $\gtrsim$ 10 MeV)的照射。当代太阳的粒子通量无法解释这些异常现象。然而,与金牛T星类似,年轻的太阳更加活跃,可能产生了足够的高能粒子来解释这些异常。我们希望研究恒星高能粒子与盘的气体成分的相互作用,并确定这种相互作用的可能观测示踪剂。我们使用一个二维辐射热化学原行星盘代码来模拟一个代表金牛座T星的盘。我们使用的粒子能量分布来自太阳耀斑的观测和增强的恒星粒子通量提出的金牛座T星。对于这个粒子谱,我们用精确的粒子输运模型计算了整个盘的恒星粒子电离率。我们研究了不同的X射线和宇宙射线电离率模型的恒星粒子的影响。我们发现,恒星粒子电离有一个显着的影响,共同的磁盘电离示踪剂HCO $^+$和N $_2$ H $^+$的丰度,特别是在低宇宙射线电离率的模型。与宇宙射线和X射线不同,恒星粒子无法到达圆盘的中平面。因此,居住在磁盘表面层的分子离子比跟踪磁盘的冷层/中平面的分子离子更受恒星粒子电离的影响。空间分辨的分子离子跟踪磁盘的不同垂直层的观测允许解开从其他竞争电离源的恒星粒子电离的贡献。用这里提出的模型对这样的观测进行建模,可以限制金牛座T恒星周围圆盘中的恒星粒子通量。
2017-02-24 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Formation and Early Evolution of Protoplanetary Disks under Nonuniform Cosmic-Ray Ionization
本文在 Athena++ 中开发全隐式宇宙射线输运模块,通过三维分子云核坍缩模拟表明,非均匀电离会削弱盘尺度磁角动量输运,使原行星盘更易引力失稳并形成显著旋臂。
2025-05-14 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.HE
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) XI: CN and HCN as Tracers of Photochemistry in Disks
原行星盘表面层的紫外光化学作用显著地改变了它们相对于恒星形成前几个阶段的组成。CN/HCN的丰度比一直被用来追踪各种天体中的紫外光场,然而到目前为止,CN、HCN和圆盘中紫外光场之间的关系仍然不明确。作为ALMA大型计划MAPS(行星形成尺度上的ALMA分子)的一部分,我们以0.3“的分辨率对五个盘系统进行了CN N=1-0跃迁的观测。所有的磁盘显示明亮的CN发射$\sim$ 50-150 AU,随着扩散发射架延伸到600 AU。在所有的来源,我们发现,CN/HCN柱密度比增加与磁盘半径从约1至100,可能跟踪增加的UV渗透,增强选择性HCN在外盘的光解。此外,多个毫米灰尘的差距和环符合峰和谷,分别在CN/HCN的比例,这意味着一些毫米的子结构伴随着更高的磁盘层中的UV渗透的变化。CN/HCN比率通常较高(>1),这表明光化学成形盘化学组成是稳健的,并且还意味着CN是在大多数盘半径处的前生物学上感兴趣的腈基的主要载体。我们还发现,CN和HCN的局部柱密度是正相关的,尽管从垂直分层的磁盘区域发射,表明不同的磁盘层是化学联系。本文是《天体物理学杂志增刊》MAPS特刊的一部分。
2021-09-16 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Exploring the Complex Ionization Environment of the Turbulent DM Tau Disk
本研究利用ALMA观测首次为DM Tau原行星盘构建了2D电离约束模型,发现适度降低的宇宙射线电离率和硬X射线谱最符合观测,并指出盘内部可能存在额外的电离增强机制。
2024-06-26 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Formation of Water in the Warm Atmospheres of Protoplanetary Disks
本文用一个基于X射线加热和电离圆盘大气的模型分析了原行星盘中水的气相化学。几个不确定的过程似乎发挥关键作用,在产生的柱密度的温水,检测磁盘在红外波长。主要因素是形成分子氢的反应,包括在温暖的谷物上形成,以及大气的电离和加热。所有这些都可以共同作用,在内盘大气的分子过渡层中产生一个高水丰度的区域,在那里原子转化为分子,温度从数千开尔文下降到数百开尔文,电离开始由重元素主导。分子氢的颗粒形成和大气的机械加热在这一区域起着重要的作用,并直接影响原行星盘大气中温水的数量。因此,有可能在不引起水从较冷区域向较暖区域的输送的情况下,解释金牛座圆盘中水排放的现有测量结果。羟基自由基OH是下丰富的,在这个模型的磁盘大气,需要考虑额外的生产和激发过程。
2009-05-27 astro-ph.GA
X-ray Ionization of Heavy Elements Applied to Protoplanetary Disks
本文分析了在keV X射线辐照下,相对冷的气体中俄歇效应对重元素离子布居的影响,并对年轻恒星的吸积盘进行了讨论。高度带电的离子在中性气体中迅速还原为双电荷态,因此这里的目的是导出这些单电荷和双电荷离子的产生速率,并通过复合、电荷转移和分子反应来指定它们的转化。该理论是说明了在一个典型的金牛座T恒星盘模型中的11个宇宙中最丰富的重元素的丰度计算。气体的物理性质是确定与X射线辐照的热化学模型,这表明磁盘的气氛由一个热的气氛覆盖的主要是冷体的磁盘。有一个温暖的过渡层,氢,碳和氧从原子转变为分子物种,电离下降了几个数量级。然后,带双电荷的离子大部分被限制在盘的热外层。过渡区以下的主导离子的性质敏感地取决于重元素的丰度约束差。简要讨论了观测结果和磁旋转不稳定性与活动层的联系。
2011-05-17 astro-ph.GA
The Ionization Fraction in the DM Tau Protoplanetary Disk
我们提出了毫米波观测的几个分子离子在磁盘周围的前主序星DM头,并使用这些调查在不同地区的磁盘的电离分数。给出了H_2D + J=1_10 - 1_11,N_2H + J=4-3和CO J=3-2的亚毫米波阵列(SMA)新观测结果。H2 D+和N2 H+没有被探测到,使用CO 3-2盘的大小,观测结果的上限为<0.47 K km s-1,比以前的单碟H2 D+观测低2.5倍。假设LTE、10-20 K的盘中平面温度和H2 D + o/p比的估计值,观察到的极限对应于NH 2D + < 4 - 21 \times 1012 cm-2。我们采用文献中的盘结构的参数模型,并使用新的IRAM 30米望远镜对H13 CO + J=3-2线的观测和先前发表的SMA对N2 H + J=3-2,HCO+ J=3-2和DCO+ J=3-2线的观测来限制盘中三个温度区域的电离分数xi,其中理论考虑表明不同的离子应该占主导地位:(1)温度>20 K的温暖上层,其中CO处于气相,HCO+最丰富,我们估计xi \simeq 4 \times 10-10,(2)温度= 16-20 K的较冷分子层,其中N2 H+和DCO+丰度预计达到峰值,xi \simeq 3 \times 10-11,以及(3)冷层,T<16 K的致密中平面,其中H3+及其氘代同位素体是正电荷的主要载流子,其中xi < 3 \times 10…
2011-09-12 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
Protoplanetary disks: Sensitivity of the chemical composition to various model parameters
由于强密度和温度梯度以及紫外光子的二维传播,原行星盘对于天体化学模型来说是具有挑战性的物体。在本文中,我们研究了几个模型参数的重要性的预测柱密度的观察物种。我们认为:1)2相(气体和均匀颗粒)或3相(气体,表面和颗粒体)模型,2)几种初始成分,3)颗粒生长和尘埃沉降,以及4)几种宇宙射线电离率。我们的主要结果是,灰尘沉降是最关键的参数。包括这种影响,使计算的柱密度敏感的所有其他模型参数,除了宇宙射线电离率。事实上,除了N2 H+,我们发现这个参数对于半径大于10 au(这里研究的最小半径)几乎没有影响。我们还将我们所有的模型与在DM Tau周围的原行星盘中观察到的所有柱密度进行了比较,尽管研究了参数,但仍无法重现所有观测结果。N_2H ~+是最敏感的物种。它在大半径的原行星盘中的观测可以表明气相中有足够的N2(受到三相模型的抑制,但受到沉降的推动)和低电子丰度(有利于低C和S元素丰度)。
2019-01-29 astro-ph.GA
Unlocking CO Depletion in Protoplanetary Disks II. Primordial C/H Predictions Inside the CO Snowline
CO被认为是原行星盘中挥发性碳的主要储存库,因此是形成巨行星的大气中碳的主要初始来源。然而,最近对原行星盘的观测表明,在许多系统中,包括在CO雪线内部的半径处,挥发性碳丰度较低。一个可能的解释是,气相碳被化学加工成挥发性较低的物质,这些物质在尘埃颗粒表面冻结为冰。这种机制有可能改变气体中的原始C/H比。然而,目前的观测主要是探测盘的上层。目前还不清楚低挥发性碳丰度是否延伸到行星形成的中平面。我们已经运行了198个化学模型的网格,探索CO的化学后处理如何取决于磁盘质量,尘埃粒度分布,温度,宇宙射线和X射线电离率,以及初始水丰度。在我们以前的工作重点放在温暖的分子层的基础上,在这里,我们分析了我们的网格模型在磁盘中平面在12天文单位的结果。我们发现,无论是ISM水平的宇宙射线电离率或存在的UV光子,由于尘埃表面密度低,需要化学减少中平面CO气体丰度至少一个数量级内1百万年。在我们的大多数模型中,CO不会通过原位化学进行实质性的后处理,并且在典型磁盘的寿命期间气相C/H和C/O比几乎没有变化。然而,在小的子集的磁盘,其中磁盘的中平面受到电离或光解源,气相C/O比增加了近9个数量级,由于CO转化为挥发性烃。
2019-04-23 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
An unbiased ALMA spectral survey of the LkCa 15 and MWC 480 protoplanetary disks
原行星盘的挥发性物质既为行星化学的研究提供了可能性,也为确定盘系统的特征(如恒星质量、气体质量、电离和温度结构)提供了有价值的探针。然而,目前的磁盘分子库存是支离破碎的,给出了一个不完整的画面:需要无偏的谱线调查,以评估挥发物含量。在这里,我们提出了这样的调查的原行星盘周围的赫比格Ae星MWC 480和金牛座T星LkCa 15 ALMA波段7,跨越$\sim$ 36 GHz的275- 317 GHz的灵敏度比以前的单碟调查的数量级增加。我们在原行星盘中发现了14种分子种类(包括同位素体),其中5种(C $^{34}$ S、$^{13}$ CS、H $_{2}$ CS、DNC和C $_2$ D)为首次发现。在MWC~480和LkCa~15的分子清单中观察到显着差异,我们讨论了如何根据这两个磁盘系统的不同物理条件来解释这些结果。
2020-06-29 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Surface Layer Accretion in Conventional and Transitional Disks Driven by Far-Ultraviolet Ionization
原行星盘是否因磁旋转不稳定性(MRI)而以观测上显著的速率吸积,取决于它们的电离程度。被恒星X射线电离的盘表面层容易受到小凝聚物的电荷中和,从~0.01微米大小的颗粒到埃大小的多环芳烃(PAH)。X射线照射表面的离子密度非常低,以至于双极扩散削弱了MRI。在这里,我们表明,电离恒星远紫外线(FUV)辐射,使全面的MRI湍流磁盘表面层。碳和硫原子的远紫外电离产生的等离子体密度很高,以至于它不受谷物和多环芳烃离子复合的影响。FUV电离层的厚度为0.01--0.1 g/cm ^2,表现在理想的磁流体动力学极限,并且在半径> 1--10 AU的范围内可以以观测上显著的速率吸积。FUV电离驱动的表面层吸积可以再现过渡盘中吸积率随空穴尺寸增大而增大的趋势。在半径< 1- 10 AU时,FUV电离的表面层不能维持在较大距离处产生的吸积速率,并且除非等离子体的湍流混合可以使MRI活性层膨胀,否则需要额外的传输手段。在过渡盘的情况下,它可以由行星提供。
2011-05-09 astro-ph.EP astro-ph.GA
X-ray radiative transfer in protoplanetary disks - The role of dust and X-ray background fields
金牛座T星的X射线光度比同时代太阳的光度高出两到四个数量级。由于这些恒星是在星团中诞生的,它们的圆盘不仅受到母恒星的照射,而且还受到星团成员产生的X射线背景场的照射。我们的目标是量化的影响,X射线背景场产生的年轻的嵌入式集群上的化学结构的磁盘。此外,我们还想研究尘埃对圆盘中X射线辐射转移的重要性。我们提出了一个新的X射线辐射转移模块的辐射热化学磁盘代码ProDiMo,其中包括X射线散射和吸收的气体和尘埃成分。对于X射线辐射转移,我们考虑了恒星和X射线背景场的辐射。为了研究X射线对磁盘化学结构的影响,我们使用了成熟的磁盘电离示踪剂N2 H+和HCO+。对于演化的尘埃种群,X射线不透明度主要由气体主导;只有光子能量$E\gtrsim5-10\,$ keV,尘埃不透明度变得相关。因此,局部盘X射线辐射场仅在靠近盘中平面的密集区域中受到影响。对于盘半径$r\gtrsim20\,$ au,X射线背景场可以支配局部X射线盘电离率。然而,N2 H+和HCO+柱密度只有在宇宙射线电离率低的情况下才会受到显着影响,或者如果背景通量至少比太阳附近典型的星团预期的通量水平高出10倍。在低质量恒星形成区域(如金牛座)中,X射线背景场的可观测特征仅适用于经历强X射线背景场的星团成员。对于大多数星系团成员,X射线背景场对盘的化学结构影响很小。
2017-11-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemical abundances in Orion protoplanetary discs: integral field spectroscopy and photoevaporation models of HST 10
在热的大质量恒星附近的光蒸发原行星盘(proplanetary discs),如猎户座中发现的那些,是恒星形成、早期盘演化、行星形成和H II区天体物理学领域的重要研究对象。它们的元素丰度在很大程度上是未知的,不像主序星或宿主猎户座星云。我们提出了一个光谱分析的猎户座programmed的HST 10,积分场观测的基础上与甚大望远镜/火焰纤维阵列与0.31”x 0.31”的空间像素。该probrad及其附近的成像在一个6.8”x 4.3”的区域内的各种发射线。红化、电子密度和温度由各种线路诊断绘制出来。氦的丰度,和八个重元素的测量相对于氢使用的直接方法的基础上[O III]电子温度。O/H和S/H的丰度比推导不诉诸电离校正因子。我们构建了动态光蒸发模型的HST 10与多云微物理代码,验证氧和硫的丰度。除[O I] 6300-A和[S II] 4069-A外,模型拟合对所提供的所有谱线均符合要求。该模型表明,氖的经典电离校正因子显着低估(0.4德克斯),该元素的丰度在低电离条件下的HST 10。除了铁元素的气相丰度比猎户座星云低0.3 dex,大部分其他元素的气相丰度与猎户座星云没有显著差异。HST 10中的碳、氧和氖的丰度与猎户座B型恒星中的丰度几乎相同。
2013-01-22 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
A deep search for H2D+ in protoplanetary disks
围绕着低质量恒星的原行星盘的密度和温度结构还不是很清楚。原行星盘中平面预计是非常冷的,从而耗尽在气相中的分子,特别是CO。最近的观察分子在非常低的表观温度(~ 6 K)的挑战这一当前图片的原行星盘结构。我们的目标是约束的物理条件,特别是在中平面的原行星盘的气相CO丰度。轻分子H2 D+是寒冷和CO耗尽环境的示踪剂。因此,它是一个很好的候选者,以探索磁盘中间平面。我们使用APEX和JCMT望远镜在TW Hya和DM Tau周围的两个着名磁盘中进行了深入的H2 D+搜索。观测结果的分析是用DISKFIT完成的,DISKFIT是一个专门用于圆盘的辐射转移代码。此外,我们使用了一个化学模型描述氘化学推断的影响,我们的意见的水平上的CO消耗和在磁盘中平面的电离率。在372 GHz处未检测到ortho-H2 D+(1(1,0))-1(1,1))线。虽然我们的极限是以前的观测结果的三倍,与化学建模的比较表明,它仍然不足以把有价值的限制在磁盘中平面的CO丰度。即使使用ALMA,H2 D+的检测也可能不是直接的,并且H2 D+可能不是原行星盘中平面的足够灵敏的示踪剂
2011-06-29 astro-ph.GA
The role of OH in the chemical evolution of protoplanetary disks II. Gas-rich environments
上下文我们提出了一种方法,包括气体消光的宇宙射线产生的紫外光子的化学模型中的中平面的原行星盘,专注于它的影响冰的形成和化学演化。目标。我们的目标是通过处理宇宙射线来改进化学模型,宇宙射线是圆盘中平面电离的主要来源,其处理方式与这些区域中存在的气体和谷物环境的现有知识相一致。我们跟踪宇宙射线的影响,通过确定主要的化学反应通道,也是主要的贡献者的气体不透明度宇宙射线诱导的紫外光子。这一信息是至关重要的,在实施气体不透明度的宇宙射线引起的反应,在完整的二维原行星盘模型。方法.我们认为时间依赖的化学模型的范围内1-10 AU的中平面的金牛座T盘。宇宙射线诱导的紫外光子的气体物种的消光被包括在每个时间步的photorates的计算。我们对宇宙射线诱导的H_2紫外发射光谱上所有原子/分子的电离和离解截面进行了积分。通过分析每种气相物质随时间的相对贡献,我们能够确定原行星盘中平面气体不透明度的主要贡献者。结果在1天文单位,气体不透明度占总不透明度的28.2%,包括尘埃的贡献。在3-5天文单位处,气体贡献占总不透明度的14.5%,在7-8天文单位处,气体贡献达到12.2%。正如预期的那样,在10-15 AU的物种冻结导致气体对总不透明度的贡献非常低(6%)。影响气体不透明度的主要因素是CO、CO_2、S、SiO和O_2。OH也有助于气体不透明度,但仅在10-15 AU。
2012-09-27 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
Ionization: a possible explanation for the difference of mean disk sizes in star-forming regions
对相似年龄的恒星形成区的原行星盘的调查显示,某些区域之间的平均盘质量存在显着差异。例如,猎户座星云团(ONC)和南冕座(CrA)的圆盘平均比在狼疮,金牛座,变色龙I或蛇夫座观察到的圆盘小。与以前的模型,研究截断磁盘在其演化的后期阶段,我们调查磁盘是否可能已经出生系统更小的磁盘大小在更大的恒星形成区域作为增强的电离率的结果。假设不同的宇宙射线电离率,我们计算的双极扩散和欧姆耗散的化学网络,并进行二维非理想磁流体动力学原恒星坍缩模拟。更高的电离率导致更强的磁制动,从而形成更小的磁盘。考虑到最近的研究结果,原恒星作为锻造的宇宙射线,并考虑只有温和的衰减过程中的崩溃阶段,我们表明,在恒星形成的地区,如ONC或CrA的高平均宇宙射线电离率可以解释在这些地区检测到较小的磁盘。我们的研究结果表明,平均而言,较高的电离率导致形成较小的磁盘。因此,在年龄相近的区域中,较小的圆盘可能是不同电离水平的结果,并且可能不仅仅是由外部光蒸发造成的圆盘截断引起的。我们强烈鼓励在不同恒星形成区域测量宇宙射线电离度的观测来验证我们的假设。
2020-06-05 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Unlocking CO Depletion in Protoplanetary Disks I. The Warm Molecular Layer
CO通常被用作星际介质和原行星盘中总气体质量的示踪剂。最近有很多关于CO作为质量示踪剂在磁盘中的效用的争论。对原行星盘中CO的观测揭示了一系列的CO丰度,在许多系统中测量到低的CO与尘埃质量比。一种可能性是通过化学方法从CO中除去碳。然而,对有利于这种化学后处理的各种物理条件并不十分了解。我们对198个不同物理条件下的原行星盘中的含时化学进行了系统的研究。我们改变尘埃粒度分布,温度,漫画射线和X射线电离率,磁盘质量,和初始水丰度,详细说明什么样的物理条件是必要的激活各种CO消耗机制在温暖的分子层。我们把我们的分析集中在两个区域的温暖分子层:外盘(100 AU)以及CO雪线和内盘(19 AU)内的中面CO雪线。经过一百万年,我们发现,大多数模型有一个CO丰度相对于H $_2$小于$10^{-4}$在外盘,而丰度小于$10^{-5}$需要存在的宇宙射线。在CO雪线内部,CO的显著消耗仅发生在具有高宇宙射线率的模型中。如果宇宙射线不存在于年轻的磁盘,它是很难从CO化学去除碳。此外,去除水之前,CO耗尽阻碍了化学处理的CO。化学处理本身不能解释目前的观测低CO丰度。其他机制也必须参与。
2018-02-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
H3+ in irradiated protoplanetary disks: Linking far-ultraviolet radiation and water vapor
Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学)
针对JWST探测到的猎户座辐照盘H3+发射问题,构建原行星盘PDR成分模型,研究FUV驱动的H3+形成反应,发现其主导强辐照盘H3+形成且与水蒸气息息相关,为理解H3+来源提供新机制。
2025-10-15 astro-ph.GA
Cosmic-ray and X-ray Heating of Interstellar Clouds and Protoplanetary Disks
宇宙射线和X射线加热是由Dalgarno,Yan和Liu对氢氦混合气体的电子能量损失计算导出的。这些作者处理加热的弹性散射和碰撞去激发的旋转激发氢分子。在这里,我们考虑的加热,可以从所有的电离和激发过程中,特别强调宇宙射线和X射线产生的离子与重中性物质的反应,我们称之为化学加热。在分子区域,化学加热占主导地位,可以占产生离子对所消耗能量的50%。每个离子对的加热范围在可忽略的电子分数的极限范围内,从扩散原子气体的约4.3 eV到分子云的中等密度区域的约13 eV,以及原行星盘的非常密度区域的约18 eV。这项研究的一个重要的一般结论是,宇宙射线和X射线加热取决于介质的物理性质,即,在分子和电子分数,氢核的总密度,并在较小程度上对温度。还注意到,化学加热,宇宙射线和X射线加热的主导过程,在紫外辐照的分子气体中起作用。
2012-08-02 astro-ph.GA
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
Evidence of Enhanced Ionization in Protostellar Envelopes
Max-Planck-Institut für Astronomie(马克斯·普朗克天文学研究所);Steward Observatory, University of Arizona(亚利桑那大学斯图尔德天文台);Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG(格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、地球与行星物理学研究所);Max-Planck-Institut für Radioastronomie(马克斯·普朗克射电天文学研究所);Laboratoire d’Astrophysique (AIM) Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM(巴黎萨克雷大学、巴黎西岱大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心天体分子实验室);INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri(意大利国家天体物理研究所阿切尔天文台)
研究通过观测原恒星包层中的H13CO+和C18O,发现离子化速率显著高于星际介质,支持早期原恒星演化阶段离子化化学反应更高效的结论。
2026-04-03 astro-ph.GA astro-ph.SR
PAHs in protoplanetary disks: emission and X-ray destruction
我们研究了原行星盘的PAH辐射。首先,我们讨论了PAH的能带比对吸收光子的硬度和恒星的温度的依赖性。我们表明,光子能量与不同程度的PAH氢化占大多数所观察到的PAH频带比,而不需要改变分子的电离度。我们提出了一个精确的处理随机加热颗粒在矢量化的三维蒙特卡罗尘埃辐射转移代码。该程序是使用光线跟踪技术对结果进行验证。提出了金牛座T星和赫比格Ae星的盘模型。特别注意分子的光解离。我们认为除了PAH的破坏,还通过在盘中的垂直混合的分子的生存。通过应用典型的X射线光度的模型帐户的低PAH检测概率观察到的金牛座T和高PAH检测统计发现赫比格Ae磁盘。被认为是磁盘上方的球形晕。我们发现,晕减少所观察到的PAH频带连续比时,在高倾角观察。最后,中红外图像的磁盘周围赫比格Ae磁盘。我们发现,他们更容易解决时,PAH排放占主导地位。
2012-04-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
Using HCO$^+$ isotopologues as tracers of gas depletion in protoplanetary disk gaps
在原行星盘的尘埃连续体中看到的广泛的环和间隙有时伴随着在分子线发射中看到的类似的子结构。一个例子是AS 209中100 au处的外能隙,这表明H $_{13}$ CO $^+$和C $_{18}$ O发射强度随着能隙中的连续谱而降低,而DCO $^+$发射在能隙内部增加。我们的目标是研究两种情况下的DCO $^+$ /H $_{13}$ CO $^+$和DCO $^+$ /HCO $^+$比率在原行星盘间隙中的行为:气体耗尽跟随尘埃耗尽和只有尘埃耗尽。我们首先使用热化学模型ANDES模拟物理磁盘结构。这个1+1D稳态圆盘模型计算气体和尘埃的热平衡,包括FUV、X射线、宇宙射线和其他电离源,以及分子冷却剂的简化化学网络。然后,采用扩展的氘分馏气体-颗粒化学网络计算分子丰度。理想的合成光谱和零阶矩图与石灰。我们能够定性地再现的DCO $^+$强度的增加和减少的H $_{13}$ CO $^+$和C $_{18}$ O强度内的磁盘间隙,这是定性地类似于在外部AS 209间隙中观察到的。相应的圆盘模型假设气体和尘埃都在间隙中耗尽。富气隙模型中,只有尘埃被耗尽,产生的辐射在所有HCO $^+$同位素和C $_{18}$ O中都太亮。DCO $^+$ /H $_{13}$ CO $^+$线比可用于探测CO雪线外尘埃连续间隙中的气体耗尽。DCO $^+$ /C $_{18}$ O线比显示出类似的…
2020-09-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
The young embedded disk L1527 IRS: constraints on the water snowline and cosmic ray ionization rate from HCO+ observations
水雪线在星周盘是行星形成的一个重要组成部分,但由于在年轻的嵌入式和成熟的原行星盘中观测水的困难,对其位置的直接观测限制仍然很少。化学成像提供了另一种定位雪线的途径,HCO $^+$同位素已被证明是原恒星包层和赫比格盘中的良好示踪剂。在这里,我们提出$\sim$ 0.5 $^{\prime\prime}$分辨率($\sim$ 35 AU半径)阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的HCO $^+$ $J=4-3$和H $^{13}$ CO $^+$ $J=3-2$对年轻(0/I类)磁盘L1527 IRS的观测。使用源特定的物理模型与中面雪线在3.4 AU和一个小的化学网络,我们能够再现的HCO $^+$和H $^{13}$ CO $^+$发射,但对于HCO $^+$只有当宇宙射线电离率降低到$10^{-18}$ s $^{-1}$。即使观察是不敏感的预期HCO $^+$丰度下降整个雪线,减少HCO $^+$以上的雪表面和全球温度结构,使我们能够限制雪线的位置之间的1.8和4.1 AU。需要进行深层观测,以消除包络线对排放的贡献,并对雪线位置进行更严格的限制。定位雪线在年轻的磁盘直接与H $_2$ O同位素的观测,因此可能仍然是一个替代的选择。通过直接雪线测量,HCO $^+$将能够提供对电离率的限制。
2022-04-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Probing UV-Sensitive Pathways for CN and HCN Formation in Protoplanetary Disks with the Hubble Space Telescope
紫外辐射场是年轻恒星周围气盘表面层气相化学的关键调节器。在努力了解光催化紫外辐射场和气体排放在红外和亚毫米波长观察之间的关系,我们提出了一个新的和存档的HST,斯皮策,ALMA,IRAM和SMA数据的分析,在狼疮云复杂的5个目标和金牛座御夫座的14个系统。HST光谱用于测量到达盘表面的LyA和FUV连续通量,其负责解离相关分子种类(例如HCN、N2)。还测量了半禁态C [II] 2325和UV荧光H2发射,以限制C+和振动激发H2的内部盘布居。我们发现14微米HCN排放与来自FUV连续体和C II] 2325的通量之间存在显著的正相关性,这与需要N2光解和碳电离来触发主要CN/HCN形成途径的模型预测一致。我们还报告了亚毫米CN排放和C II]和FUV连续通量之间的显着负相关性,这意味着CN也更容易解离在磁盘中具有较强的FUV照射。CN或HCN与LyA或UV-H2排放之间没有明确的关系。这是由于空间分层的各种分子种类,跨越几个垂直层和半径的内部和外部磁盘。我们预计,未来的观测与JWST将建立在这项工作的基础上,使更敏感的IR调查比斯皮策可能。
2020-02-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
ExoALMA XIII. gas masses from N2H+ and C18O: a comparison of protoplanetary gas disk mass measurement techniques
本研究利用 ALMA 对 19 个 exoALMA 原行星盘的 N2H+ 和 CO 同位素体观测,对比了基于谱线发射与动力学测量的气体盘质量,发现两者一致性良好,验证了多分子谱线通量是准确测量盘质量的稳健工具。
2025-04-30 astro-ph.EP astro-ph.GA
Radiation thermo-chemical models of protoplanetary disks. Grain and polycyclic aromatic hydrocarbon charging
上下文围绕着前主序星的星系随着时间的推移通过湍流粘性扩散而演变。解释湍流强度的主要竞争者是磁旋转不稳定性(MRI)模型,其效率取决于盘电离分数。目的。我们的目标是计算自洽的化学,包括PAH电荷化学,颗粒充电和湍流α参数的有效值的估计,以找到磁盘湍流的观测签名。方法.在物理化学程序ProDiMo中,我们介绍了PAH和颗粒充电物理以及它们与其他气相反应的相互作用。非理想的磁流体力学效应,如欧姆和双极扩散参数化,以获得一个有效的值的湍流参数α_eff。我们探讨了湍流加热和谱线展宽对CO同位素亚毫米谱线的影响。结果α_eff的空间分布依赖于各种不受约束的盘参数,如磁参数β_mag或原行星盘内部的宇宙射线密度分布。内部圆盘中平面显示了所谓的死区的存在,在该死区中湍流几乎不存在。盘的加热主要是通过死区中尘埃颗粒的热适应,死区外高达几百个天文单位的粘性加热,以及外盘的化学加热。CO旋转线探测了湍流最大的温暖分子盘层。然而,CO线轮廓上的湍流的影响是最小的,难以区分的热加宽。结论.在死区之外的盘中平面中的气体的粘性加热是有效的。单独从CO旋转线观测确定α是具有挑战性的。
2018-11-21 astro-ph.GA
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) XIII: HCO$^+$ and disk ionization structure
作为MAPS项目的一部分,我们观察到HCO $^+$ $J=1-0$和H $^{13}$ CO $^+$ $J=1-0$向IM Lup,GM Aur,AS 209,HD 163296和MWC 480周围的五个原行星盘发射。HCO $^+$在所有五个盘中以0.3 \arcsec \分辨率被检测和映射,而HPDMATHABMO CO $^+$被检测到(SNR $>6 σ$)朝向GM Aur和HD 163296,并且通过匹配滤波器分析试验性地检测到(SNR $>3 σ$)朝向其它盘。在$R\sim 100$ au的半径内,HCO $^+$柱密度是平坦的或显示中心倾斜。在外半径($\gtrsim 100$ au)处,HCO $^+$柱密度向外减小,而HCO $^+$ /CO的柱密度比大部分在$\sim 10^{-5}-10^{-4}$的范围内。我们推导出的HCO $^+$丰度在温暖的富CO层,其中HCO $^+$预计是占主导地位的分子离子。在$R\gtrsim 100$ au处,HCO $^+$丰度为$\sim 3 \times 10^{-11} - 3\times 10^{-10}$,这与具有X射线电离的模板盘模型一致。在较小的半径处,丰度向内减小,这表明在密度较大的气体中电离度较低,特别是在CO雪线内,富CO层位于中平面。模板盘模型与柱密度HCO $^+$、N $_2$ H $^+$和…
2021-09-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Modelling predicts a molecule-rich disk around the AGB star L2 Puppis
研究结合原行星盘参数化与 ALMA 观测建立 L2 Pup 盘的物理及首个 AGB 盘化学模型,揭示其富碳分子、两类化学机制并估计盘龄。
2024-06-18 astro-ph.GA astro-ph.SR
Kaleidoscope of irradiated disks: MUSE observations of proplyds in the Orion Nebula Cluster. I. Sample presentation and ionization front sizes
利用MUSE窄场模式对猎户座星云团中12个proplyd进行首次空间和光谱分辨观测,测量电离前沿半径并揭示电离分层,结合光致电离模型约束密度,推导质量损失率上限于短寿命,为外部光蒸发模型提供新观测基准。
2024-04-09 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
PDRs4All XVIII. JWST-NIRCam Photometric properties of protoplanetary disks in the Orion Nebula Cluster
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université de Toulouse, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National d’Etudes Spatiales(天体物理学与行星学研究所以及图卢兹大学、法国国家科学研究中心(CNRS)、法国国家空间研究中心);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);Queen Mary University of London(伦敦大学玛丽女王学院);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心);Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, Université Paris-Saclay, CNRS(奥赛分子科学研究所、巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心(CNRS));Centro de Astrobiología (CAB), INTA-CSIC(天体生物学中心(CAB),西班牙国家航空航天技术研究所-西班牙国家研究委员会);Instituto de Física Fundamental (CSIC)(基础物理研究所(CSIC));Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Saclay, CNRS(天体物理研究所、巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心(CNRS))
利用JWST-NIRCam高角分辨率图像研究奥尔特星云团原行星盘的流光特性,通过测量盘半径、识别解离前沿和电离前沿,确定Paschen α强度,建立盘类型分类体系,发现盘半径与投影距离成正比,且存在尘埃径向分离现象。
2026-04-16 astro-ph.GA