Ionic emissions in comet C/2016 R2 (Pan-STARRS)
我们使用安装在印度阿布山红外天文台1.2米望远镜上的低分辨率光谱仪对一颗奇特的彗星C/2016 R2(Pan-STARRS)进行了观测。这颗彗星在2018年1月的两个日期被观测到,当时它的日心距离为2.8 AU。根据我们的观测结果进行的研究表明,这颗彗星的光谱与一般彗星的光谱相比是非常不寻常的。大多数主要的彗星排放物,如C $_{2}$,C $_{3}$和CN,在彗星C/2016 R2中不存在。然而,彗星光谱显示出非常强的发射带离子物种,如CO $^{+}$和N $_{2}^{+}$。从光谱中得出的平均N $_{2}$ /CO比值为0.09 $\pm$ 0.02,与太阳星云相比,该比值的损耗因子估计为1.6 $\pm$ 0.4。我们还探测到了超过5400埃的微小发射特征,尽管是轻微的。从它们的发射带计算CO $^{+}$和N $_{2}^{+}$的柱密度。光谱表明彗星冰主要由CO组成。与太阳星云相比,这颗彗星中N $_{2}$ /CO比的消耗因子较低,而且彗星的异常光谱是其形成位置的独特处理的结果在早期的太阳星云中。
2020-04-21 astro-ph.EP
The Phases of Water Ice in the Solar Nebula
了解存在于太阳星云中的水冰的相态,对于理解彗星和行星的组成以及这些天体的内部演化具有重要意义。在这里,我们表明,无定形冰的形成比以前认识到的更容易,形成温度<70 K是可能的原行星盘条件下。我们进一步认为,光致解吸和太阳星云表层附近水分子的冻结提供了形成无定形冰所需的条件。这一过程是冰动力学的自然结果,并将允许惰性气体和其他挥发物被捕获在外部太阳星云的水冰中。
2014-02-21 astro-ph.EP
Reprocessing of Ices in Turbulent Protoplanetary Disks: Carbon and Nitrogen Chemistry
我们研究了湍流输运对原行星盘中冰化学的影响,重点是含碳和含氮分子。化学速率方程求解的扩散项,模仿湍流混合在垂直方向。湍流可以将冰覆盖的尘埃颗粒从中平面带到温暖的辐射盘表面,并且通过光反应、热解吸和表面反应对冰幔进行再处理。在r < 30 AU时,向上的输送降低了甲醇和氨冰的丰度,因为温暖的尘埃温度阻止了它们在颗粒表面的再形成。这种后处理可以解释彗星彗发中碳和氮分子的丰度小于低质量原恒星包层中的丰度。我们还表明,混合对复杂有机分子(COM)的合成的影响是两种方式:(1)冰从中间平面到磁盘表面的运输和(2)原子氢从表面到中间平面的运输。前者增强了盘表面的COM形成,而后者抑制了中平面的COM形成。然后,当混合是强的,COM主要形成在磁盘表面,而他们的父母分子(重新)形成在中平面。与非湍流模型相比,该循环将COM分布在垂直方向和径向向外扩展。我们推导出的时间尺度的汇机制,CO和N2被转换为挥发性较低的分子被耗尽的气相,并发现,垂直混合抑制这种机制在内部磁盘。
2014-06-13 astro-ph.EP
Synthesis of molecular oxygen via irradiation of ice grains in the protosolar nebula
在67 P/Churyumov-Gerasimenko彗星的彗发中,用Rosetta航天器上的ROSINA质谱仪探测到了分子氧,其平均丰度为3.80 $\pm$ 0.85\ %。为了解释67 P/Churyumov-Gerasimenko彗星中存在这种物质的原因,已经表明,彗星冰粒前体的辐解是低密度环境(如分子云)中的一种可行机制。在这里,我们研究了另一种可能性,即原太阳星云中平面中存在的冰粒在中平面和上层之间的垂直传输过程中经过大量循环而受到辐射,这是湍流混合的结果。因此,这些颗粒在其生命周期中的一个不可忽略的部分是在圆盘的上部区域,那里的宇宙射线辐射很强。要做到这一点,我们使用了一个耦合的磁盘传输辐照模型来计算放射性产生的冰粒中的分子氧丰度的时间演变。我们的计算表明,即使有相当一部分的冰粒子在1000万年的时间里沿着一个来回的循环流向磁盘的上层,这个时间跨度远远超过了彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko的形成时间尺度,产生的分子氧的数量至少比罗塞塔观测低两个数量级。我们的结论是,最有可能的情况仍然是在低密度环境中形成的分子氧,如太阳前云,在原太阳星云的成因。
2018-04-10 astro-ph.EP
2D condensation model for the inner Solar Nebula: an enstatite-rich environment
红外线观测提供了原行星盘表面层的尘埃成分,但无法探测中平面的尘埃化学成分,行星形成发生在中平面。陨石表明,动力学在决定太阳星云的尘埃分布方面很重要,如果我们要了解圆盘中的全球化学物质,就需要考虑动力学。一维径向冷凝序列一次只能模拟一个圆盘层,无法描述陨石的全球化学或复杂性。为了解决这些局限性,我们计算的第一次在太阳星云内使用的热力学平衡模型的冷凝物的二维分布,并得出尘埃的垂直沉降和径向迁移的时间尺度。我们发现两个顽火辉石丰富的区域内1 AU从年轻的太阳:一个带~0.1 AU厚的上层光学薄的光盘内部到0.8 AU,并在光学厚光盘中平面到~0.4 AU。这两个顽火辉石富集区支持了最近的证据,即水星和顽火辉石共同拥有一种成分相似的大块物质。我们的结果也与原行星盘的红外观测结果一致,即在盘的内表面有富含顽火辉石的尘埃发射。由此产生的化学和动力学结果表明,顽火辉石的块状物质的形成发生在盘的内表面层,在0.4~AU。我们还提出了一个简单的替代方案,其中气体分馏和垂直沉降的冷凝物导致顽火辉石-顽火辉石散装材料。
2016-01-07 astro-ph.EP
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
The Distribution and Excitation of CH$_3$CN in a Solar Nebula Analog
彗星研究表明,早期太阳星云的有机成分富含复杂的腈类物质,如CH $_3$ CN。最近的ALMA检测在原行星盘表明,这些物种可能是常见的行星和彗星的形成过程中,但连接气相测量彗星丰度首先需要限制这些物种的形成化学和分布。在这里,我们提出了七个空间分辨转换CH $_3$ CN在原行星盘周围的T-Tauri星TW Hya的检测。用转动图分析,我们得到了NPDMATHABMN =1.45 $^{+0.19}_{-0.15}\times10^{12}$ cm $^{-2}$和TPDMATHABMQ =32.7 $^{+3.9}_{-3.4}$ K的转动温度。一个径向分辨的旋转图显示的旋转温度是恒定的整个磁盘,这表明CH $_3$ CN发射起源于层在z/r $\sim$ 0.3。通过比较的观测结果与预测从磁盘化学模型,我们发现,颗粒表面反应可能占主导地位的CH $_3$ CN的形成和原位磁盘化学是足以解释所观察到的CH $_3$ CN柱密度分布,而不调用继承从原恒星阶段。然而,同样的模型未能重现太阳系彗星中CH $_3$ CN相对于H $_2$ O的丰度,这表明太阳星云中要么发生了剧烈的垂直混合,要么发生了某种程度的星际冰的继承。
2018-05-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Cryogenic Cometary Sample Return
彗星很可能形成于原太阳星云的外部区域,在那里它们结合并保存了原始的太阳前物质,存在于外盘的挥发物,以及来自整个盘的更多耐火材料。挥发物样品的返回(即,冰和夹带的气体)以及彗星核的其他成分,将产生许多重大的科学机会。我们不习惯从矿物学/岩石学的角度来看待冰,但在低温下,冰可以被视为岩石材料的矿物成分。这是真正的未知领域,因为来自自然低温(10 s K)环境的样本在任何环境中都是前所未有的;目前,我们只能在微观尺度上对这些材料的性质进行有根据的猜测。这些样本将提供一个无与伦比的原始气体和冰在早期太阳星云,使洞察到星云的气相和气体颗粒化学。了解冰的性质,在其微观,岩相学的彗星样本的耐火成分的关系,将允许这些关系和相互作用的研究和小冰体的演化过程的研究。上一次2013-2022年行星十年巡天包括一项关于旗舰级低温彗星核样本返回任务的研究,因为这一任务具有科学重要性。然而,在上一次十年调查中,该任务没有被推荐飞行,部分原因是关键技术不成熟。十年后的今天,该任务的科学重要性仍然存在,在飞行和实验室应用的低温仪器方面都取得了相关的技术进步。应在今后十年内进行这样一次访问。
2020-08-31 astro-ph.EP astro-ph.IM
Young system development in a cometary globule: An investigation into the eccentric disk around AT Pyx in terms of planet-formation and interaction with its surrounding environment
Charles University(查理大学);School of Natural Sciences, Center for Astronomy, University of Galway(高威大学自然科学与天文学中心);European Southern Observatory(欧洲南方天文台);Observatoire de la Côte d’Azur(蔚蓝海岸天文台);Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Astronomía(墨西哥国立自治大学天文学研究所);Mullard Space Science Laboratory, University College London(伦敦大学学院穆拉德太空科学实验室)
本文研究了AT Pyx盘的偏心性和行星形成,发现其可能含有质量0.004至3个木星质量的行星,并推测其可能为双星系统。
2026-02-23 astro-ph.EP
Comet formation in collapsing pebble clouds. What cometary bulk density implies for the cloud mass and dust-to-ice ratio
彗星是在太阳星云的冰线之外形成的冰质星子的残余物。然而,由于生长障碍和时间尺度的限制,从微米大小的尘埃和冰粒生长到公里大小的物体是困难的。通过流动不稳定性形成的卵石云的引力坍缩可能为彗星的形成提供了合适的机制。我们研究了厘米大小的多孔冰/灰尘混合卵石的碰撞压缩崩溃卵石云。为此,我们开发了一个碰撞模型的鹅卵石组成的混合物的冰和灰尘,其特征在于其灰尘冰的质量比。使用最终压缩的卵石,我们约束组合的初始云质量,初始pepple孔隙度,和尘冰比,导致cometesimals这是一致的,与观察到的散装性质的彗星核。我们发现,所观察到的高孔隙度和低密度的彗星核的~0.5克/立方厘米,只能解释,如果彗星形成的云质量约M> 1 e18克。质量较低的云只有在卵石最初非常致密的情况下才能起作用。此外,尘埃与冰的比例必须在3到9之间,才能与观测到的彗星核的整体性质相匹配。(节略本)
2016-01-21 astro-ph.EP
The origin of the 3.4 micron feature in Wild 2 cometary particles and in ultracarbonaceous interplanetary dust particles
用红外光谱法分析了2个超碳质行星际尘埃粒子和2个彗星Wild 2粒子。我们的特点是在这些样品中的载体的3.4微米带,并比较其配置文件和CH 2/CH 3比的3.4微米带中的扩散星际介质(DISM),在不溶性有机物(IOM)从3个原始陨石,在小行星24 Themis和彗星103 P/哈特利2的昏迷。我们发现Wild 2和IDP中的3.4微米波段是相似的,但与我们比较的所有其他天体物理环境不同。IDPs和Wild 2粒子中的3.4微米带主要由CH 2基团组成,峰比陨石,小行星Themis和DISM中的峰更窄,更强。此外,羰基C=O在1700 cm-1(5.8微米)在我们的样品的光谱中的大部分的存在下,表明这些脂肪链有O键合到他们,这是非常不同的天文光谱的DISM。根据这些观测结果,我们认为IDPs和Wild 2样品中3.4 μ m波段的载流子不是来自星际,而是来自太阳星云的最外层。
2013-01-30 astro-ph.EP
Comets formed in solar-nebula instabilities! -- An experimental and modeling attempt to relate the activity of comets to their formation process (corrigendum included)
当彗星核接近太阳时,通过表面层的能量通量增加,导致底层冰的升华和随后的脱气,促进了观察到的气体和尘埃的排放。尘埃的喷射需要尘埃颗粒与彗星核的结合力必须被升华过程引起的力所克服。这涉及到覆盖灰尘层的抗拉强度有多大的问题。微米级灰尘颗粒的均匀层达到的拉伸强度通常为$10^3$至$10^4$ Pa。这远远超过了彗星中水冰的最大升华压力。因此,尚不清楚彗星尘埃活动是如何驱动的。为了解决这个悖论,我们使用了Skorov和Blum(Icarus 221,1-11,2012)的模型,他们假设彗星是由尘埃云和冰聚集体的引力不稳定性形成的,并计算了尘埃聚集体层的彗星核拉伸强度的相应结构为1 Pa。在这里,我们提出的证据表明,发射的彗星尘埃颗粒确实是聚集体与正确的属性,以适应模型的斯科罗夫和布卢姆。然后,我们实验测量层的实验室灰尘聚集体的拉伸强度,并确认由模型推导出的值。为了解释彗星活动的水冰的蒸发驱动,我们推导出的最小尺寸为$\sim 1$毫米的尘埃聚集,在太阳星云的流星体观测和尘埃凝聚模型的协议。最后,我们得出结论,彗星必须形成的引力不稳定性,因为所有替代的形成模式导致更高的抗拉强度的表面层。
2014-11-21 astro-ph.EP
Dust Dynamics in Protoplanetary Disk Winds Driven by Magneto-Rotational Turbulence: A Mechanism for Floating Dust Grains with Characteristic Sizes
通过模拟尘埃颗粒在垂直方向上的时间演化,研究了磁旋转湍流驱动的原行星盘风中不同尺寸尘埃颗粒的动力学行为。与气体耦合良好的小尘埃颗粒被向上流动的气体向上拖曳,而大颗粒则留在圆盘的中平面附近。中等尺寸的颗粒在向下的重力和向上的气体阻力之间的时间平均力平衡中从中平面漂浮在几个尺度高度处。对于1天文单位的最小质量太阳星云,尘埃颗粒大小为20 - 40 $μm$漂浮在距离中平面5-10刻度的高度。考虑到与中心恒星的距离的依赖性,较小尺寸的颗粒仅保留在盘的外部区域,而较大尺寸的颗粒分布在更广泛的区域。我们还讨论了我们的结果的影响,年轻恒星周围的尘埃物质的观测。
2016-02-12 astro-ph.EP
The Morphological, Elastic, and Electric Properties of Dust Aggregates in Comets: A Close Look at COSIMA/Rosetta's Data on Dust in Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
欧空局罗塞塔轨道飞行器上的彗星二次离子质量分析仪(COSIMA)显示,67 P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星彗发中的尘埃颗粒是小颗粒的聚集体。我们研究了彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko彗发中尘埃聚集体的形态,弹性和电特性,使用COSIMA仪器拍摄的光学显微镜图像。COSIMA图像中的尘埃聚集体被很好地表示为分形,与罗塞塔号上MIDAS(显微成像尘埃分析系统)和GIADA(颗粒撞击分析仪和尘埃累积器)的形态数据相协调。COSIMA的图像,以及来自罗塞塔其他仪器如MIDAS和GIADA的数据,并不与太阳星云中$10~μ\mathrm{m}$大小的粒子的所谓雨出增长相矛盾。由COSIMA测量的尘埃聚集体的弹性和电性质表明,彗星尘埃的表面化学性质很好地代表了碳质物质,而不是硅酸盐或冰,与质谱一致,有机物质在一定程度上被太阳辐射覆盖,从各种彗星的光学和红外观测中推断。彗星尘埃在其母彗星的终结点处被强烈的电场静电蓬松是不可能的,除非尘埃的表面化学性质从电介质变成导体。我们的发现与我们目前对彗星形成和演化的理解并不冲突,彗星的形成和演化始于太阳星云中凝聚物的积累,随后是太阳系内部尘埃地幔的形成。
2020-01-06 astro-ph.EP
An extended scattered light disk around AT Pyx -- Possible planet formation in a cometary globule
为了理解已经发现的众多行星系是如何形成的,我们需要研究处于不同演化阶段的系统,这些系统的中心恒星不同,但环境也不同。行星形成最具挑战性的环境可能是附近大质量恒星的紫外线辐射场,它通过外部光蒸发迅速侵蚀圆盘。我们观测了位于口香糖星云中彗星状球状体头部的AT Pyx系统,以寻找正在进行的行星形成的迹象。我们使用极端自适应光学成像仪VLT/SPHERE观察AT Pyx在偏振光以及总强度在J,H和K波段。此外,我们还利用VLT/NACO在L波段对系统进行了观测。我们在多个波长的散射光中解决了AT Pyx周围的圆盘。我们发现一个扩展(>126金)磁盘,与中间倾角之间的35度和42度。盘显示复杂的子结构,我们确定2和可能3螺旋状功能。根据圆盘的精确几何形状(我们不能从我们的数据中明确地推断出),圆盘可能是偏心的,偏心率约为0.16或部分自阴影。螺旋特征和可能的偏心率都与嵌入的气体巨行星的特征相一致,质量与木星相等。我们自己的观测可以排除嵌入在解析盘中的棕矮星同伴,但还不够灵敏,无法探测到气体巨星。AT Pyx是口香糖星云中第一个空间分辨的彗星状球状物。通过与猎户座星云星团中的圆盘进行比较,我们注意到,如果外部紫外线辐射场与该地区的其他彗星状球状体相当,那么圆盘的延伸对于这种环境可能是例外的。正在进行的行星形成的路标是耐人寻味的,需要以更高的灵敏度跟进。
2021-11-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Water in Protoplanetary Disks: Deuteration and Turbulent Mixing
我们研究了湍流原行星盘中水和氘水的化学性质。化学速率方程求解的扩散项,模仿湍流混合在垂直方向。中平面附近的水通过湍流被输送到圆盘大气,并通过光反应被破坏以产生原子氧,而原子氧被输送到中平面并重新形成水和/或其他分子。我们发现,这个周期显着降低柱密度的水冰在r < 30 AU,尘埃温度太高,有效地改革水冰。该区域的径向范围取决于氢原子的脱附能。我们的模型表明,即使在升华半径之外,水冰也可能不足。在这个半径之外,该周期在10^6年内将水冰的D/H比从2 × 10 ^-2(由坍缩核心模型设定)降低到10^-4-10^-2,而不会显著降低水冰柱密度。所得的D/H比取决于混合的强度和与中心恒星的径向距离。我们的发现表明,彗星水的D/H比(10^-3-10^-4)可以在太阳星云中建立(即彗星水可以形成),即使输送到圆盘的水冰的D/H比非常高(10^-2)。
2013-10-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Accretion of dust by chondrules in a MHD-turbulent solar nebula
利用磁流体动力学(MHD)数值模拟方法研究了湍流太阳星云中被陨石球粒卷起的尘埃地幔的生长过程。太阳星云的一个小邻域由一个半径为3天文单位的气体轨道补丁表示,并包括气体密度的垂直分层。星云气体的差速旋转被剪切流所取代。湍流是由磁旋转不稳定性(MRI)导致的流的不稳定性驱动的,由此锚定到气体的磁场线被剪切运动连续拉伸。被动污染物模仿小尘埃颗粒,空气动力学良好地耦合到气体,球粒是由拉格朗日粒子通过阻力与气体相互作用。每当球粒进入尘埃渗透的区域时,它的半径以一定的速率增长,该速率取决于当地的尘埃密度和球粒与尘埃之间的相对速度。当地沙尘丰度相应减少。不同的球粒体积密度导致不同的耗尽和边缘球粒大小的增长时间。大部分的尘埃清扫发生在星云中平面的1个气体尺度高度内。陨石球粒可以在10到800年内达到它们的渐近半径。星云湍流强度的垂直变化导致平均边缘球粒大小与星云高度的适度依赖。这里使用的技术可以结合蒙特卡罗(MC)的方法,包括尘埃压实的物理学,在自洽的MHD-MC模型的尘埃边缘生长周围的球粒在太阳星云。
2010-12-01 astro-ph.EP
Generating potassium abundance variations in the Solar Nebula
南极陨石的一个有趣的方面是它们是互补的:虽然它们各自的成分有着广泛的丰度变化,但大块的南极陨石几乎有太阳的成分。这就意味着,这些类太阳能的储层是由不同成分的子储层组装而成的,这些子储层产生了不同的成分。我们专注于解释球粒之间的钾丰度变化,即使在一个单一的球粒陨石,同时保持所观察到的CI $^{41}$ K到$^{39}$ K的比例。这需要物理分离钾和球粒,同时温度足够高,使K处于气相。我们研究了几种机制,可以驱动尘埃通过气体,并表明,这样做本地将需要长(亚轨道到许多轨道)的时间尺度;最短的钾耗尽时间尺度发生在一个场景中,陨石球粒形成高以上的中平面和解决了蒸发钾。虽然轨道时间尺度与实验室球粒冷却速率估计值不一致,但任何其他钾丰度变化起源的模型都必须与产生大量相关储层的严重后勤困难作斗争,这些储层在钾丰度方面变化很大,但在钾同位素比值方面没有变化。
2016-04-26 astro-ph.EP
The Crucial Role of Ground- and Space-Based Remote Sensing Studies of Cometary Volatiles in the Next Decade (2023-2032)
对彗星的研究为了解太阳系的诞生、婴儿期和随后的历史提供了一个独特的窗口。有强有力的证据表明,彗星合并了原始的星际物质以及处理过的星云物质,这为了解行星形成时太阳星云的组成和主要条件提供了线索。动态的新奥尔特云彗星拥有原始冰,这些冰已经从太阳储存了数千个天文单位,并且自从它们在大约4.5 Gyr前就位以来遭受了最小的热或辐射处理。周期性的、更动态演化的彗星,如哈雷型彗星和哈雷族彗星,揭示了在一系列日心距离上生活的影响,包括近日点进入太阳系内部。系统地描述这些天体的原生冰成分中的信息对于理解太阳系的形成和演化、类地行星上有机物质和水的存在、其他恒星周围原行星盘中的化学物质以及星际闯入者(如2 I/Borisov)的性质至关重要。虽然彗星会合和样品返回飞行任务可以提供对少数短周期彗星特性的显著了解,但只有遥感观测才能提供进行群体级彗星研究所需的空中能力,同时对单个彗星所能揭示的具有挑战性的科学保持敏感。在这里,我们报告了地面和太空彗星挥发物遥感的最新技术,回顾了过去十年的显着进展,阐明了地面和太空工作将解决的紧迫问题未来十年,并倡导实现这些愿望所需的技术和资源。
2020-07-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Pre-accretional irradiation of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko constituents
Univ Paris Est Creteil and Université Paris Cité, CNRS, LISA(巴黎东克雷泰伊大学和巴黎西岱大学);IJCLab, CNRS, Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);LPC2E, OSUC, Univ Orleans, CNRS, CNES(奥尔良大学);Universität der Bundeswehr München(慕尼黑联邦国防军大学);Catholic University of America(美利坚天主教大学)
该研究通过比较彗星67P尘埃颗粒表面与次表面成分,发现表面金属亏损源于吸积前太阳风辐照,并提出了组分运输与混合形成彗核的机制。
2026-09-29 astro-ph.EP
Thermal inertias of pebble-pile comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
罗塞塔彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko的任务提供了新的数据,以更好地了解彗星是由什么组成的。彗星表面物质的弱拉伸强度表明,彗星是一个分层的尘埃聚集体,是由气态太阳星云中一团被称为"卵石“的小尘埃聚集体通过引力坍缩形成的。由于卵石是彗星的组成部分,而彗星是太阳星云中星子的幸存者,因此结合热观测和数值计算来估计卵石的大小对于了解外太阳系的行星形成具有重要意义。在这项研究中,我们计算的热惯性和热趋肤深度的分层聚集体的卵石,昼夜和轨道变化的温度。我们发现,彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko的热惯性是一致的厘米至dm大小的鹅卵石的层次聚合。我们的研究结果表明,这些冰冷的星子可能是通过太阳星云中厘米到分米大小的鹅卵石的吸积而形成的。
2020-07-06 astro-ph.EP
A $\sim$32-70 K formation temperature range for the ice grains agglomerated by comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
Grand Canonical蒙特卡罗模拟被用来再现由Rosetta航天器上的ROSINA质谱仪在木星族彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko中观察到的1.7 $\times$ 10 $^{-3}$和1.6 $\times$ 10 $^{-2}$之间的N $_2$ /CO比,假设该天体是由原太阳星云中的包合物聚集而成的。模拟是使用一个详细的原子间势调查的温度依赖性的捕获内的多个客人笼形物形成的CO和N $_2$的气体混合物的比例对应于那些预期的原太阳星云。通过假设67 P/Churyumov-Gerasimenko是从包合物中凝聚而成的,我们的计算表明,彗星颗粒一定是在原太阳星云中$\sim$ 31.8和69.9 K之间的温度范围内形成的,以匹配ROSINA质谱仪测量的N $_2$ /CO比率。木星家族彗星中笼形物的存在可以解释在67 P/Churyumov-Gerasimenko中测量到的潜在N $_2$耗尽(与原太阳值相比,因子高达$\sim$ 87)。
2015-04-07 astro-ph.EP
Incorporation of a Late-forming Chondrule into Comet Wild 2
我们报告的岩石学,O同位素组成,和铝镁同位素系统的球粒碎片从彗星家族野生2,返回地球的美国宇航局的星尘任务。这个物体显示了II型球粒的特征,它是由一个演化的氧同位素库形成的。没有发现Al 26消失的证据,(26 Al/27 Al)0 < 3.0 x 10^-6。假设铝26在太阳星云中均匀分布,这种粒子的结晶至少比最早的太阳系天体晚300万年--与大多数陨石球粒相比相对较晚。我们解释这个对象在柯伊伯带机构的存在,作为晚,大规模运输的小天体之间的内部和外部太阳星云的证据。我们的观测结果限制了木星的形成(如果它比这个彗星球粒离太阳更远,那么它将成为向外运输的障碍),在富含钙铝的包裹体之后超过300万年。
2011-12-30 astro-ph.EP
The origins and concentrations of water, carbon, nitrogen and noble gases on Earth
地球上的氢和氮的同位素组成明显不同于形成太阳系的星云气体,也不同于大多数彗星的值。地球上的氮和氢同位素组成在原始陨石的特征值范围内,这表明地球上的水,氮和其他挥发性元素起源于一个宇宙化学水库,也来源于原始陨石的母体。原太阳星云(PSN)的残余物仍然存在于地幔中,可能标志着行星生长早期阶段PSN气体的封存。彗星挥发物的贡献似乎仅限于地球挥发物总量中的少数几种。氢,氮,氖和氩的同位素签名可以解释为两个端元之间的太阳和南极组成的混合,分别,并不需要同位素分馏过程中的早期大气的流体动力逃逸。地球上的40 Ar(在地球历史上由40 K衰变产生)表明,放射成因的氩的很大一部分可能仍然被困在硅酸盐地球中。通过将其他挥发性元素的丰度标准化为这种同位素,我们提出地球并不像以前认为的那样缺乏挥发性。我们的星球可能确实含有高达~3000 ppm的水(优选范围:1000-3000 ppm)和高达~500 ppm的C,两者大部分都封存在固体地球中。这一挥发物含量相当于碳质球粒陨石(CI-CM)物质对干燥原地球的~2(+/-1)%贡献,这高于主张解释地幔铂族元素预算的球粒陨石物质的贡献。这样一个(相对)高的贡献挥发物丰富的物质是一致的吸积的一些湿的星子在地球吸积。
2014-05-24 astro-ph.EP
Depletion of Moderately Volatile Elements by Open-System loss in the Early Solar Nebula
内太阳系的岩石天体显示出“中等挥发性元素”(MVEs)的系统性耗尽,这与它们可能的宿主物质在原行星状星云条件下的预期冷凝温度相关。在本文中,我们提出并测试了一个新的假设,其中开放系统的损失过程不可逆地删除蒸发的MVEs从高星云的高度,留下更难熔的固体居住更接近中面。通过这些开放系统损失过程从星云中不可逆地损失的MVE,在星云冷却后很久才凝结成星子,克服了以前这种类型的模型遇到的关键困难。我们模拟了在高星云高度运行的开放系统损失过程,例如完全从系统中流出的盘风,或直接到年轻太阳上的分层吸积。我们发现,质量损失率高于典型的T-Tauri盘风,持续时间短,是最令人满意的,指向多个激烈的早期爆发阶段。使用我们的全球星云模型,结合真实的粒子生长和固体向内漂移,我们限制了内部区域的MVE耗尽特征被来自外部星云的未耗尽物质漂移所稀释的程度。我们还发现,一个显着的不可逆的损失的常见的造岩元素(铁,镁,硅)可能会发生,导致另一个长期存在的难题的明显的“增强”的相对丰度的高耐火元素在辉长岩的一个新的解释。
2022-05-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evidence for the disruption of a planetary system during the formation of the Helix Nebula
行星系在其宿主恒星演化到后主序星阶段后的持续性很难受到观测的约束。许多年轻的白矮星系统表现出红外过量发射和/或光谱吸收线,与尘埃(或微行星)及其吸积有关。然而,大多数白矮星温度太低,无法将任何星周尘埃加热到可检测到的辐射水平。赫敏星云(NGC 7293)是一个年轻的,邻近的行星状星云;在中红外和远红外波段的观测显示,它的中央有过量的发射与白矮星(WD 2226-210)有关。这种过度的起源是不明确的。它可能是残留的微行星带,彗星云,或在后渐近巨分支阶段的物质残留物。在这里,我们结合红外(SOFIA,斯皮策,赫歇尔)和毫米(ALMA)观测系统,以确定这种过剩的起源,使用多波长成像和辐射转移建模。我们发现的数据是不兼容的一个紧凑的残留星子带或后渐近巨大的分支盘,并得出结论,尘埃最有可能起源于彗星云的沉积。测得的尘埃质量和组成颗粒的寿命意味着每年有数千颗海尔-波普当量的彗星被破坏,为所观测到的海尔-波普星云白矮星周围的过量辐射提供燃料。
2022-11-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Case for Non-Cryogenic Comet Nucleus Sample Return
彗星通过记录太阳系前的历史、行星形成的初始状态以及早期地球的生命前有机物和挥发物来回答太阳系的奥秘。对从彗星核返回的样本的分析将提供关于太阳系起始物质以及它们如何聚集在一起形成行星并产生生命的无与伦比的知识:1.彗星是如何形成的?2.彗星物质是原始的,还是经历了复杂的变化历史?3.彗星中有水蚀变吗?4.彗星有机物的组成是什么?5.彗星提供了地球挥发物的很大一部分吗?6.彗星有机物对地球生命的同手性有贡献吗?7.复杂的有机分子是如何在星际、星云和行星环境中形成和演化的?8.关于原太阳星云中物质的混合,彗星能告诉我们什么?
2020-09-30 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Comets at radio wavelengths
彗星被认为是太阳系中最原始的天体。它们的组成提供了4.6 Gyr前原始太阳星云组成的信息。射电域是研究彗星冰组成的一个特殊工具。在18厘米波长处观察OH自由基使我们能够测量水的产生速率。在毫米和亚毫米波段的观测中,已经发现了大量来自核内冰升华的分子(以及它们的某些同位素体)。我们提出了彗星的无线电观测的历史回顾,重点是我们小组的结果,包括最近的观测与Nançay射电望远镜,IRAM天线,奥丁卫星,赫歇尔空间天文台,ALMA,和MIRO仪器上的罗塞塔空间探测器。
2016-06-20 astro-ph.EP
Comets in context: Comparing comet compositions with protosolar nebula models
彗星为了解年轻的太阳系形成时的化学和物理条件提供了一个宝贵的窗口。我们通过比较观察到的9种分子的丰度范围及其在29颗彗星样本中的平均值与原太阳星云模型中预测的中面冰丰度,来深入了解这些物体形成的时间和地点。我们的基准模型,冰是继承自星际介质,可以考虑到观察到的混合比范围内的每个分子考虑,但没有一个单一的位置或时间再现所有分子的丰度同时。这表明,每颗彗星都是由在一系列条件下加工的物质组成的。相比之下,一个模型,其中盘材料的初始组成是“重置”,抹去任何以前的化学历史,不能解释彗星中观察到的丰度的完整范围。使用玩具模型,结合不同的热条件下处理的材料,我们发现,一个温暖的(CO-穷人)和寒冷的(CO-丰富)的材料相结合,需要占的平均性能的彗星家庭和奥尔特云彗星,和个别彗星,我们考虑。这可能是由早期太阳系中被冰覆盖的尘埃颗粒的运输(径向或垂直)造成的。将这些模型与彗星族和奥尔特云的平均组成进行比较,表明这两个族形成于盘的重叠区域,与A 'Hearn等人(2012)的发现和尼斯模型的预测(Gomes等人,2005,Tsiganis等人,2005)一致。
2022-04-15 astro-ph.EP astro-ph.GA
Chondrule Formation in Bow Shocks around Eccentric Planetary Embryos
Daufas & Pourmond(2011)最近对火星陨石的同位素研究表明,在陨石球粒(陨石中发现的毫米级火成岩包裹体)形成的同时,太阳星云中存在着大型(半径约3000公里)行星胚胎。我们模拟了球粒的形成,通过弓形激波围绕这样一个行星胚胎在偏心轨道上。我们数值模拟的流动的流体动力学,并发现,这样大的机构保留一个气氛,与开尔文-亥姆霍兹不稳定性允许这种气氛与气体和颗粒混合流过胚胎。我们计算了流经该天体的陨石球粒的轨迹,发现它们不是由原行星吸积的,而是通过从行星岩浆海洋中排出的挥发物流动的。相比之下,陨石球粒是在较小的微行星上增生的。计算了球粒通过弓形激波时的热历史。我们发现,峰值温度和冷却速率是一致的形成的优势,斑状纹理的大多数球粒,假设一个适度的增强以上可能的太阳星云的平均值球粒密度(由一个因素的10),归因于沉降的球粒前体的中平面的磁盘或湍流浓度。我们计算了行星胚胎的偏心率被衰减的速率,并得出结论,一个分散到偏心轨道的行星胚胎可以在10 e5年内产生10 e24 g的球粒。原则上,少数(1-10)偏心行星胚胎可以以符合所有已知限制的方式熔化观测到的球粒质量。
2012-04-03 astro-ph.EP
Exploring refractory organics in extraterrestrial particles
在陨石和彗星中检测到的有机化合物的起源仍然是一个悬而未决的问题,其中一些可能是地球上生命的前体。本研究的目的是通过将实验室制造的难熔有机残留物的红外光谱与星尘号任务返回的彗星颗粒、行星际尘埃颗粒和陨石的光谱进行比较,在揭示外星颗粒有机材料的性质和组成方面再迈出一步。我们的研究结果加强了这样一种想法,即通过太阳星云中分子冰的高能和热处理形成难熔有机物的途径。还有一种可能是,有些有机物质在进入太阳星云之前就已经在母体分子云中形成了。研究的外星粒子的红外“有机”波段的大多数可以在实验室有机残留物的光谱中重现。我们确认在地外粒子中检测到水、腈、烃和碳酸盐,并将其与太阳星云外部区域粒子的形成位置联系起来。为了澄清物种的起源,需要高灵敏度的观测与本文所述的实验室测量相结合。因此,这项研究为地球上水和有机化合物的起源以及未来合作实验室和观测项目的动机提供了又一块拼图。
2022-07-06 astro-ph.EP astro-ph.GA
Searches for HCl and HF in comets 103P/Hartley 2 and C/2009 P1 (Garradd) with the Herschel space observatory
在氢主要是分子的地方,HCl和HF预计是氟和氯的主要储存库。他们被发现在密集的分子云中被强烈耗尽,这表明在如此寒冷的环境中冻结到谷物上。我们可以预期,HCl和HF也是太阳星云外层气态和冰态中Cl和F的主要载体,并被合并到彗星中。我们的目标是测量彗星冰中的HCl和HF丰度,因为它们可以提供早期太阳星云中卤素化学的见解。我们使用赫歇尔空间天文台上的HIFI仪器分别在626和1232 GHz处搜索HCl和HF的J(1 - 0)线。在彗星103 P/Hartley 2和C/2009 P1(Garradd)中搜寻了HCl,而在彗星C/2009 P1中进行了HF的观测。此外,在C/2009 P1中观察H $_2$ O和H $_2^{18}$ O系,以测量H $_2$ O产生速率。在HCl接收器设置中偶然观察到CH $_3$ OH的三条谱线。未检测到HCl,而获得HF的边缘(3.6-$σ$)检测。对于103 P和C/2009 P1,相对于水的HCl丰度的上限分别为0.011%和0.022%,这表明HCl相对于太阳能Cl/O丰度被消耗了103 P中超过6 $^{+6}_{-3}$的因子,其中误差与氯太阳能丰度的不确定性有关。在C/2009 P1中获得的边缘HF探测对应于相对于水的HF丰度为(1.8 $\pm$ 0.5)$\times$ 10 $^{-4}$,这与太阳光球层F/O丰度大致一致。观察到…
2014-01-07 astro-ph.EP
Thermochemical Stability of Low-Iron, Manganese-Enriched Olivine in Astrophysical Environments
研究了Stardust任务样品中低铁富锰橄榄石的热化学稳定性,发现其在太阳成分高温蒸气中稳定,揭示了其在原始物质和彗星样品中的形成与平衡历史。
2023-07-02 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Partitioning tungsten between matrix precursors and chondrule precursors through relative settling
近年来,在球粒陨石和基质之间发现了钨同位素异常。考虑到钨的难熔性质,这意味着W被至少两个不同的前太阳颗粒家族带入太阳星云。所观察到的球粒/矩阵分裂需要不同的家庭保持分离的粉尘凝聚过程中,和这两个家庭的晶粒相互作用的球粒形成机制不同。我们采取的共存的不同家庭的固体在同一个一般的轨道区域的球粒前体的大小,并探讨了要求他们有相互作用的球粒形成过程中,在显着不同的速度。我们表明,这种排序的家庭的固体球粒和矩阵注定尘埃已经至少作为强大的分选机制,空气动力学不同的颗粒在至少两个尺度以上的中平面的高度相对沉降。球粒形成机制的要求是相关的,在某种程度上与尘埃颗粒分选机制强烈主张空间局部球粒形成机制,如湍流耗散在非热电离磁盘表面层,并反对体积填充机制,如星子弓冲击。
2016-04-26 astro-ph.EP
A JWST/MIRI analysis of the ice distribution and PAH emission in the protoplanetary disk HH 48 NE
本文利用JWST/MIRI观测原行星盘HH 48 NE,发现CO₂、NH₃、H₂O等冰特征主要产生于50-100 au且位于高海拔区域,并提出盘风遮挡紫外辐射或垂直混合两种机制解释冰的垂直分布。
2024-07-12 astro-ph.EP
Finding the imprints of stellar encounters in long period comets
太阳系的奥尔特云会受到银河潮汐和个别经过的恒星的扰动。这些扰动可以将奥尔特云天体注入太阳系的内部,在那里它们可以作为长周期彗星(周期超过200年)被观测到。使用动力学模拟的奥尔特云下的潮汐和61个已知的恒星遭遇的扰动效应,我们调查长周期彗星和遭遇之间的联系。我们发现,过去的遭遇是注入至少5%的目前已知的长周期彗星的原因。这是一个下限,因为已知的遭遇并不完整。虽然银河潮汐似乎在产生观测到的长周期彗星方面起着主导作用,但彗星近日点的不均匀经度分布表明存在强烈的-但尚未确定-恒星相遇或其他冲动。未来和过去最强的彗星可能是HIP 89825(Gliese 710)和HIP 14473,它们分别对长周期彗星的总流量贡献最多8%和6%。我们的研究结果表明,一个简单的代理可以很好地近似遭遇的强度,这将是方便的快速识别大数据集中的重大遭遇。我们的分析还表明,奥尔特云的人口比通常假设的要少,这将使太阳星云的质量符合行星形成理论。
2015-10-03 astro-ph.EP
What is Neptune's D/H ratio really telling us about its water abundance ?
我们调查深海丰富的海王星使用一个简单的2组件(核心+信封)玩具模型。该模型的自由参数是行星中重元素的总质量(Z)、包层中Z的质量分数(f_env)和吸积积木的D/H比(D/H_build)。我们系统地搜索允许的参数空间上的网格和约束它使用海王星的散装碳丰度,D/H比,和内部结构模型。假设太阳的C/O比和彗星的D/H是形成行星的吸积构件,我们可以拟合所有的Z值(中位数约为7%),如果Z值小于15%(f_env被锁定在固体核心中),则其余的约束都可以拟合。该模型预测海王星的最大体氧丰度为65 \times太阳值。如果我们假设C/O为0.17,对应于笼形水合物的构建块,我们预测最大氧丰度为太阳值的200倍,中值为~ 140。因此,这两种情况都导致氧丰度显著低于Cavalié等人(2017)的首选值(约540倍太阳能),这是从依赖于模型的深层CO观测中推断出来的。我们简单但稳健的模型排除了这种高水丰度。我们将这种差异归因于我们对海王星内部结构或原始原太阳星云化学性质的不完全理解。
2018-01-26 astro-ph.EP
Clues on the importance of comets in the origin and evolution of the atmospheres of Titan and Earth
地球和土卫六是两个相距甚远的行星体。尽管如此,它们大气层的化学成分显示出共同的迹象,表明它们是由吸积作用以及彗星物质的原位加工产生的。这是值得注意的,因为当地球形成在圆盘的内部时,可能是由贫氧的岩石星子吸积而成,并表现出与顽火辉石类似的化学性质,而泰坦则是在土星的亚星云中由富含氧气和挥发物的天体形成的,称为彗星。从宇宙化学和天体生物学的角度来看,对地球和土卫六上的H、C、N和O同位素的研究可能是破译这两个行星体形成早期阶段过程的关键。本文的主要目标是量化这两个行星体的化学演化的可能方式,特别是它们早期大气中CO和N2的丰度。为了做到这一点,土卫六和地球的原始大气和演变已经从热力学的角度进行了分析。最相关的化学反应,涉及这些物种,并可能在其早期阶段的重要进行了讨论。然后,我们解释了本研究的结果,根据卡西尼-惠更斯任务对这些物种及其同位素所获得的结果。鉴于H、C、N和O优先从形成我们星球的内盘物质中耗尽,它们的同位素分馏的相似性,以及随后地球和泰坦大气的密切演化,都指向地球大气的彗星起源。因此,我们的方案也支持的关键作用,后期单板(彗星和富含水的碳质小行星)丰富的挥发性成分的地球在晚期重轰炸的类地行星。
2011-02-21 astro-ph.EP physics.space-ph
Complex organic molecules in protoplanetary disks
(节略)原行星盘是恒星和行星形成的重要物体,拥有所有可能形成围绕新恒星运行的行星系的物质。我们调查的复杂的有机分子(COM)在磁盘中的合成,以限制可实现的化学复杂性和预测的物种和过渡,这可能是观察到的ALMA。我们耦合了一个二维模型的原行星盘周围的金牛座T星的气体颗粒化学网络,包括COM。我们比较比较合成线强度和计算的柱密度与观测,并确定这些COM可能是可观察到的未来。通过颗粒表面化学反应在盘中平面有效地形成COM,达到H核数密度的峰值颗粒表面分数丰度1 e-6 - 1 e-4。在晶粒表面上形成的COM通过非热脱附返回到气相;然而,气相物种达到比它们的晶粒表面等价物1 e-12 - 1 e-7更低的分数丰度。包括谷物地幔物质的辐照有助于通过补充参与进一步谷物表面反应的谷物表面自由基来在冰中建立进一步的复杂性。有合理的协议与几个线过渡的H2 CO观察到对几个T金牛星星盘系统。CH 3OH的合成谱线强度与所有来源的上限一致。我们的模型表明,CH 3OH应该很容易观察到附近的原行星盘与ALMA;然而,更复杂的物种的检测可能会证明具有挑战性。我们的颗粒表面的丰度是一致的,来自彗星彗星的观测提供了额外的证据,彗星(和其他微行星)的假设,通过凝结的冰粒在太阳的出生盘形成。
2014-03-03 astro-ph.EP astro-ph.GA