A major asymmetric ice trap in a planet-forming disk: II. prominent SO and SO2 pointing to C/O < 1
在原行星盘中，气相含硫挥发物似乎严重贫化。在许多盘中检测到CS和未检测到SO和SO2表明，在温暖的分子层中，巨行星吸积其大气层的气体具有高的C/O比。在这封信中，我们报告的检测SO和SO2的Oph-IRS 48磁盘使用ALMA。这是第一次从原行星盘中探测到显著的二氧化硫排放。这两种分子的分子发射在空间上与不对称尘埃阱相关。我们认为，这是由于冰在尘埃腔的边缘的升华和冰水库的大部分是一致的毫米尘埃颗粒。取决于元素硫在耐火材料和挥发性材料之间的分配，所观察到的分子可以占圆盘中总硫预算的15-100%。与以前的结果形成强烈对比的是，我们将CS/SO比的C/O比限制为< 1并且可能是太阳能的。这对于在温暖的过渡盘的空腔内形成的行星的元素组成具有重要意义。
2021-06-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detecting nitrogen-carriers in the inner regions of protoplanetary disks
Leiden Observatory, Leiden University（莱顿天文台，莱顿大学）；Kapteyn Astronomical Institute, Rijksuniversiteit Groningen（卡普坦天文研究所，格罗宁根大学）
研究通过建模与观测分析原行星盘中含氮分子的分布，发现NH3信号不足，而NO可能提供关于氮预算的新见解。
2026-04-10 astro-ph.EP
Chemical evolution of protoplanetary disks - the effects of viscous accretion, turbulent mixing and disk winds
我们计算了考虑径向粘性吸积、垂直湍流混合和垂直盘风的原行星盘的化学演化。我们研究了采用不同的尘埃颗粒分子氢形成模型对尘埃盘化学结构的影响。我们的气相化学是从UMIST天体化学数据库（Rate06）中提取的，我们已经添加了详细的气体-颗粒相互作用。我们使用我们的化学模型的结果来生成合成的近红外和中红外LTE线发射光谱，并比较这些与最近的斯皮策观测。我们的研究结果表明，如果考虑到H2形成的温暖的晶粒，在磁盘表面的H2O和OH的丰度显着增加。我们发现，径向吸积流强烈影响的分子丰度，与那些在冷的中平面层特别受到影响。另一方面，我们表明扩散性湍流混合会影响温暖分子层中的圆盘化学，影响圆盘的线发射，从而提高与观测的一致性。我们发现，NH 3，CH 3 OH，C2 H 2和含硫物种大大增强了湍流混合的列入。我们表明，磁盘风可能会影响磁盘化学和由此产生的分子线发射以类似的方式时，发现混合包括在内。
2011-02-19 astro-ph.EP
Constraining Gas-Phase Carbon, Oxygen, and Nitrogen in the IM Lup Protoplanetary Disk
我们提出了新的限制气相C，N和O丰度的IM Lup原行星盘的分子层。基于先前对该盘的物理和化学建模，我们使用C $_2$ H的新ALMA观测来将分子层中的C/O比约束为$\sim0.8$，即，比$\sim0.54$的太阳值高。我们使用档案ALMA观测HCN和H $^{13}$ CN表明，没有耗尽的N是必需的（假设星际丰度$7.5\times10^{-5}$每H）。这些结果表明，一个可观的分数O是封存在水冰在大颗粒解决磁盘中平面。同样，一部分可用的碳被锁定在挥发性较低的分子中。相比之下，N大部分未被处理，可能是N $_2$。这种消耗模式表明在这个圆盘中存在真正的丰度变化，而不是简单的气体质量的整体消耗。如果这些结果持有更普遍的，然后结合CO，C $_2$ H，和HCN的磁盘观测可能会提供一个有前途的路径约束气相C/O和N/O在行星形成。总之，这些示踪剂提供了将盘的挥发性成分与由其形成的行星大气联系起来的机会。
2018-08-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
High-Resolution Mid-Infrared Spectroscopy of GV Tau N: Surface Accretion and Detection of Ammonia in a Young Protoplanetary Disk
重新分配或移除原行星盘的角动量的物理过程，可以驱动质量吸积到恒星上，并影响行星形成的结果。尽管原行星盘参与吸积的证据随处可见，但负责的过程仍不清楚。在这里，我们提出的证据红移分子吸收光谱的I类源，表明在磁盘表面的快速流入。GV Tau N的高分辨率中红外光谱揭示了C2 H2、HCN、NH3和水的单独谱线的丰富吸收光谱。从分子吸收的性质，我们可以推断，它携带一个显着的吸积率（~ 1 e-8至1 e-7 Msun/yr），相当于活跃的金牛座T星的恒星吸积率。因此，我们可以观察到盘吸积的作用。这些结果可能为超声速“表面吸积流”提供观测证据，这在磁化圆盘的MHD模拟中已经发现。观测到的光谱也代表了在原行星盘的行星形成区域中首次探测到氨。由于氨的丰度仅与HCN相当，因此它不可能是氮的主要缺失库。如果像预期的那样，内盘中占主导地位的氮储存库是N2，那么它的高挥发性将使其难以融入形成的行星，这可能有助于解释大部分地球的低氮含量。
2020-11-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Cometary compositions compared with protoplanetary disk midplane chemical evolution. An emerging chemical evolution taxonomy for comets
[摘要]随着越来越多的分子在许多彗星中被观察到，以及对原行星盘中平面化学演化的更好理解，可以在模型和观测之间进行比较，这可能会限制彗星的形成历史。一个$χ^{2}$ -方法被用来确定极大似然表面的14个不同的彗星，形成在一个给定的时间（高达800万年）和地点（超出CO冰线）在前太阳星云中平面。这是利用观测到的14颗彗星的挥发性丰度和从圆盘中面化学建模得到的挥发性丰度的演变来完成的。考虑到所有的父物种（10个分子）在一个假设重置初始化学的情况下，$χ^{2}$似然曲面显示了一个特征的轨迹在参数空间中形成的高可能性约30 AU在早期和12 AU在以后的时间为10颗彗星。这条痕迹大致追踪了CO冰线附近的时间。因此，所有彗星的形成历史都被限制在CO冰原附近，假设化学成分在前太阳星云早期部分重置。当考虑含碳、含氧和含硫分子（总共10个）时，以及当仅考虑含碳和含氧分子（总共7个）时，都发现了这一点。由于这14颗彗星以前并不属于相同的分类类别，因此这种化学限制可能被提议作为彗星的替代分类。根据这些彗星在盘化学演化过程中最有可能形成的时间，建议对14颗彗星的形成时间进行分类。
2019-07-25 astro-ph.EP
Internal or external magma oceans in the earliest protoplanets -- perspectives from nitrogen and carbon fractionation
当原行星熔化的程度接近岩浆海洋（MO）的条件下，合金熔体有效地从硅酸盐分离，形成金属核心。一个正在分化的原行星的MO的性质，即，内部或外部MO（IMO或EMO）不仅决定了其核幔储层中氮（N）和碳（C）等生命必需挥发物的丰度，而且还决定了挥发物损失的时间和机制。然而，最早形成的原行星是否有IMO或EMO却知之甚少。在这里，我们模型的平衡N和C之间的合金和硅酸盐熔体的分配在没有（IMO）或存在（EMO）的蒸汽脱气气氛。散装N和C库存的原行星核心形成过程中的IMO和EMO的限制，通过比较预测的N和C丰度的合金熔体从这两种情况下的N和C浓度的母核岩浆铁陨石。我们的研究结果表明，在EMO相比，原行星具有IMO满足N和C含量的母核与大量的散装N和C存在于母体在核心形成过程中。由于IMO和EMO所需的大量N和C含量分别在亚南极和南极范围内，因此不能单独使用N和C分馏模型来区分这两种端员分化制度的流行程度。的N和C丰度的榴辉岩与他们的峰值变质温度的比较表明，原行星内部可能会失去很大一部分的N和C库存的热变质程度的增加。
2022-10-06 astro-ph.EP
Late Delivery of Nitrogen to Earth
大气氮可能是行星可居住性的必要成分，因为它的存在有助于防止行星的水分流失。现今地球大气层中的氮同位素比率，$^{15}$ N/ $^{14}$ N，是原始地球的比率和彗星和小行星可能产生的比率的组合。小行星的氮同位素比例接近地球。这表明它的形成环境与地球相似，或者氮的主要来源是小行星。然而，根据地质记录，地球大气层可能在太古代富含$^{15}$ N。彗星有较高的$^{15}$ N/ $^{14}$ N的比例比目前的地球大气，我们发现，约$5\%$ $\sim$ $10\%$的氮在地球大气中可能已经交付的彗星，以解释目前的地球大气或丰富的$^{15}$ N地球大气。我们模拟了原行星盘中分子氮和氨的雪线半径的演化，发现两者的半径都使它们比主小行星带离太阳更远。通过分析长期共振模型和N体模拟，我们发现位于柯伊伯带的海王星与$ν_8$的近点进动长期共振可能是氮彗星撞击地球的起源。
2018-12-18 astro-ph.EP
An ALMA molecular inventory of warm Herbig Ae disks: II. Abundant complex organics and volatile sulphur in the IRS 48 disk
利用ALMA在IRS 48盘中探测到16种分子，首次发现H213CO、34SO、33SO和环氧乙烷，并揭示复杂有机物与含硫物种的空间偏移，表明盘内冰的化学加工，凸显其作为天体化学实验室的价值。
2024-02-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical network reduction in protoplanetary disks
原行星盘（PPD）具有不同的气体动力学和化学特征，这些特征通过电离、加热和冷却过程以及平流和湍流输送耦合。然而，当使用综合化学反应网络时，直接将气体动力学与时间依赖化学耦合在计算上是昂贵的。在本文中，我们评估了在不同的磁盘环境中的一个物种为基础的网络还原方法，以产生小的化学网络，重现在大型气相化学网络中发现的主要物种的丰度的效用。我们发现，该方法在磁盘中平面和表面区域，其中约20-30气相物种，连接$\sim$ 50-60气相反应，是足够的复制目标电离分数和化学丰度非常好。还原网络中的大多数物种，包括氧、碳和氮的主要载体，在还原和完全网络模型中也具有相似的丰度。我们的研究结果可以作为未来的流体动力学/磁流体动力学模拟的PPD纳入时间依赖性的化学在适当的区域的初步努力。然而，准确地模拟在中间盘高度的主要物种的丰度，将需要更多的扩展网络，包括气体颗粒化学，并留给未来的研究。
2019-01-15 astro-ph.EP
An unbiased NOEMA 2.6 to 4 mm survey of the GG Tau ring: First detection of CCS in a protoplanetary disk
分子谱线巡天是探测行星诞生地原行星盘结构和物理条件的主要工具之一。这些PPD中巨大的径向和垂直温度以及密度梯度导致了复杂的化学成分，使化学成为了解行星系统多样性的重要一步。我们的目的是研究围绕着GG Tau A（一个著名的三T Tauri系统）的原行星盘的化学成分。我们使用NOEMA和新的相关器PolyFix来观察几十个分子在2.6到4 mm处的旋转线。我们分析的数据与辐射传输代码，以获得分子密度和相对于$^{13}$ CO的丰度，我们比较的TMC 1云和LkCa 15磁盘。我们报告的第一个检测CCS的PPD。我们还勉强检测到OCS，并在GG金牛座外盘中发现了16个其他分子。其中10个是以前发现的，而另外7个（$^{13}$ CN，N $_2$ H $^+$，HNC，DNC，HC $_3$ N，CCS和C $^{34}$ S）是在这个磁盘中新发现的。分析证实，硫的化学性质尚未得到适当的理解。由DCO $^{+}$ /HCO $^{+}$、DCN/HCN和DNC/HNC比率导出的D/H比率指向低温化学。稀有物种CCS的发现证实了GG Tau是研究原行星盘化学的良好实验室，这要归功于它的大盘尺寸和质量。
2021-09-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical Evolution of Complex Organic Molecules in Turbulent Protoplanetary Disks: Effect of stochastic UV irradiation
本研究通过气体-冰化学网络模拟，发现湍流原行星盘中紫外辐射的时间变化显著影响复杂有机分子丰度，且含氧与含氮分子对辐射通量的响应不同。
2024-06-25 astro-ph.EP astro-ph.GA
Volatiles in protoplanetary disks
挥发物是升华温度较低的化合物，它们构成了典型行星形成环境中的大部分可冷凝物质。它们由相对较小的，通常是氢化的分子组成，这些分子基于丰富的元素碳，氮和氧。挥发物是行星形成过程的核心，形成了丰富的化学物质的主干，为行星大气的形成提供了初始条件，并作为固体物质库催化行星和星子的形成。这种增长是由于对原行星盘的观测和模型的迅速发展，以及对太阳系宇宙化学的深入了解所推动的。事实上，只是在过去几年里，才在整个原行星盘中发现了大量具有代表性的分子样本--足以开始为氢和氦之后最丰富的元素建立完整的预算。正在绘制关键挥发物的空间分布图，雪线被直接看到并量化，原行星盘内不同的化学区域正在被识别、表征和建模。用来解释太阳系记录的理论过程现在被观测限制在原行星盘中，包括冰体的运输和大量可凝结物的浓缩。化学重置--内盘物质的处理足以破坏其对过去化学的记忆，与遗传--来自外盘的星际介质的原始物质的化学温和吸积之间的平衡，最终决定了行星前物质的最终组成。这一章的重点是使第一步了解是否行星形成的过程，导致我们的太阳系是普遍的。
2014-01-10 astro-ph.EP
Composition of Early Planetary Atmospheres II: Coupled Dust and Chemical Evolution in Protoplanetary Disks
我们提出了一系列论文中的下一步，致力于将形成行星的大气成分与它们出生时进化的原行星盘的化学成分联系起来。这里提出的模型计算耦合的化学和尘埃的磁盘的演变和形成的三个行星的磁盘模型。我们的三个典型的行星陷阱产生了一个接近1 AU的木星，一个热木星和一个超级地球。我们研究了最终的轨道半径，质量和大气化学的行星形成在磁盘模型与初始磁盘质量的变化0.02 $M_\odot$以上和以下我们的基准模型（$M_{disk,0} = 0.1 ~M_\odot$）的依赖性。我们计算了在我们的3个模型中形成的大气层的C/O和C/N，发现C/O $_{\rm planet}\sim$ C/O $_{\rm disk}$在我们的模型中形成的不同行星之间没有强烈的变化。大气中的氮含量在不同的圆盘模型中生长的行星中可能会有所不同。这些差异与行星的形成历史、行星吸积大气的时间和位置有关，并编码在NH $_3$的大量丰度中。这些结果表明，未来的观测大气NH $_3$和行星的C/O和C/N的估计可以告知特定的行星系的形成历史。
2017-05-05 astro-ph.EP
Measuring elemental abundance ratios in protoplanetary disks at millimeter wavelengths
在百万年的演化过程中，原行星盘中的气体尘埃和冰可以进行化学再加工。有证据表明，在属于附近恒星形成区的盘中，气相碳和氧的丰度是亚太阳的。这些发现对巨行星的主要大气层的组成有重大影响（但它也可能对超级地球和次海王星有效），因为它们从圆盘中的周围物质中吸积了它们的气体包层。在这项研究中，我们进行了热化学建模分析，目的是测试如何可靠和稳健的元素丰度比的估计的基础上（亚）毫米观察分子线。我们为以下不同的元素丰度比创建了一个圆盘模型网格：C/O、N/O和S/O，并且，我们计算了一组含碳、氮和硫物质的线通量，即CN、HCN、NO、C $_{2}$ H、c-C $_{3}$ H $_{2}$、H $_{2}$ CO、HC $_{3}$ N、CH $_{3}$ CN、CS、SO、H $_{2}$ S和H $_{2}$ CS，目前的（亚）毫米级设施，如ALMA和NOEMA已经探测到。我们发现，线通量，一旦归一化的$^{13}$ CO $J=2-1$线的通量，是敏感的元素丰度比。另一方面，恒星和磁盘的物理参数只有轻微的影响线通量比。我们的结果表明，同时分析多个分子跃迁是一个有效的方法来约束元素丰度比在原行星盘。
2020-05-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
A deep search for Complex Organic Molecules toward the protoplanetary disk of V883 Ori
研究利用ALMA 7波段深度观测V883 Ori原行星盘，识别26种分子并首次发现CH3OD等，丰度比较表明原行星盘阶段可能促进COMs积累。
2025-04-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemistry in Protoplanetary Disks
本文综述了原行星盘中的化学过程，总结了从近红外到毫米波长的分子谱线观测，讨论了化学反应类型与化学建模进展，并重点介绍了雪线位置、碳氧氮主要载体丰度及复杂有机分子研究的最新成果，最后探讨了结合盘化学与行星形成过程追溯行星形成历史的努力。
2024-04-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Icy Volatile Enhancements in Evolving Protoplanetary Disks
Department of Astronomy, University of Chicago（芝加哥大学天文学系）
研究探讨了原行星盘中冰冻挥发物的增强机制，通过结合盘动态与简单的升华和沉积化学，揭示了挥发物在盘半径上的再分布作用，特别是对固态颗粒、行星esimal和行星组成的影响。
2026-04-15 astro-ph.EP
Forming planets around stars with non-solar elemental composition
在太阳附近的恒星，其难熔元素的比例与太阳略有不同。目前还不清楚固体的凝结以及在这些恒星周围形成的行星的成分受到了多大的影响。我们的目标是了解在150秒差距内的太阳型恒星中观察到的范围内改变难熔元素Mg，Si和Fe的比例对周围形成的行星组成的影响。我们使用GGchem程序模拟了太阳附近的G型主序星周围具有最小质量太阳星云的原行星盘中固体的凝聚。我们从Hypatia数据库中提取恒星的元素组成。我们发现，较低的Mg/Si比移动的凝聚序列从镁橄榄石（Mg $_2$ SiO $_4$）和SiO顽火辉石（MgSiO $_3$）和石英（SiO $_2$）;较低的Fe/S比导致形成FeS和FeS $_2$和很少或没有含铁的硅酸盐。对于$T\,<\,1000$~K，难熔元素的比例直接从气相转化到凝聚相。然而，相对于挥发性元素的比率（例如，氧和硫）的冷凝物-行星的基石-不同于原始的恒星组成。我们的研究表明，行星的组成在很大程度上取决于被调查恒星系统的丰度。我们的研究结果可能对行星内部产生重要影响，这在很大程度上取决于氧化程度和硫丰度。
2022-02-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
The rapid formation of macromolecules in irradiated ice of protoplanetary disk dust traps
该研究发现原行星盘尘埃陷阱的强辐射区可使冰态小分子在数十年内快速形成有机大分子，约4%的盘冰可经此过程并入星子形成区，揭示了星子形成与生命相关有机大分子产生的关联。
2025-01-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
How drifting and evaporating pebbles shape giant planets II: Volatiles and refractories in atmospheres
即将进行的太阳系外气体巨星研究将精确了解行星大气的组成，最终目标是将其与行星的形成历史联系起来。在这里，我们研究如何漂移和蒸发的卵石，丰富的气相磁盘的影响化学成分的增长和迁移的气体巨星。为了实现这一目标，我们执行半解析的一维模型的原行星盘，包括粘性演化，卵石漂移和蒸发模拟行星的生长从行星胚胎木星质量的对象通过吸积卵石和气体，而他们通过磁盘迁移。原行星盘的气相由于向内漂移的卵石穿过蒸发线的蒸发而富集，导致大量挥发物吸积到行星大气中。因此，与耐火材料相比，气体吸积行星富含挥发物（C，O，N）（例如，Mg，Si，Fe）的影响最高可达100倍，这取决于化学物质、其确切丰度和挥发性以及磁盘的粘度。木星形成的一个简化模型显示，它的氮含量可以通过向内扩散的富氮蒸气来解释，这意味着木星不需要像以前的模拟那样靠近N2蒸发锋形成。然而，我们的模型预测木星的氧丰度太低，这意味着木星穿过水冰线的迁移或固体进入大气层的额外增加，这也可以增加木星的碳丰度。固体的吸积将大大增加行星大气中难熔物与挥发物的比率。因此，我们得出结论，挥发难熔比可以放置一个强大的约束行星形成理论，使其成为未来观测的重要目标。
2021-09-15 astro-ph.EP
Exploring HNC and HCN line emission as probes of the protoplanetary disk temperature
原行星盘中分子的分布和丰度是盘的物理和化学结构的强有力的示踪剂。已知HCN及其异构体HNC的丰度比对气体温度敏感。因此，它们的谱线比可能为探测发射气体的性质提供了一个独特的机会。使用2D热化学代码DALI，我们运行了一组磁盘模型，解释了不同的恒星和磁盘属性，并更新了氮化学的化学网络。然后将这些建模结果与观测结果进行比较，包括TW Hya盘的HNC $J=3-2$和狼疮中29个盘的HNC $J=1-0$的新ALMA观测结果。与CN类似，HCN和HNC在具有较大圆盘张开角和较高UV通量的模型中具有较亮的线发射。HNC和HCN的预测是丰富的温暖的地面层和外中面区域，这导致在环形的排放模式。然而，精确的发射区域和发射形态取决于探测的过渡，以及其他参数，如C和O丰度。模拟的HNC-HCN线强度比增加，从$<0.1$在内部磁盘的外盘区域，这可以解释为在高温下的高效HNC破坏。从目前稀缺的观测和TW Hya磁盘的径向分布，综合HNC线通量与我们的模型预测大致一致。HNC与HCN的通量比随半径（温度降低）而增大，但其作为圆盘中的化学温度计的使用受其他因素的影响，包括UV通量和C和O丰度。HNC和HCN的高空间分辨率ALMA磁盘观测，可以定位的发射层将有很大的潜力，以限制磁盘的热和紫外辐射结构，并验证我们的氮化学的理解。
2021-02-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Mind the Trap: Non-negligible effect of volatile trapping in ice on C/O ratios in protoplanetary disks and exoplanetary atmospheres
该研究将挥发物俘获效应纳入原行星盘雪线模型，发现其会显著改变盘内C/O比的分布，使比值更均匀，还会影响系外行星大气的元素组成，为行星形成与观测解读提供了新的参考维度。
2024-06-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
First detection of gas-phase ammonia in a planet-forming disk
原行星盘中的氮化学和尘埃颗粒的冻结是理解早期太阳系类似物中含氮物质形成的关键。到目前为止，在原行星盘的雪线之外还没有探测到氨。我们的目标是在一个原行星盘中找到气相氨，并描述其相对于水蒸气的丰度。使用HIFI的赫歇尔空间天文台，我们检测到，第一次，在原行星盘的ortho-NH $_3$的基态旋转发射，TW Hya。我们使用磁盘的物理结构和化学氨和水的详细模型来推断这些物种的气相分子的量。我们探索两个径向分布（局限于$<$ 60金像毫米大小的颗粒）和两个垂直分布（近中面，预计水光解吸关闭冰颗粒）来描述（未知）的位置的分子。这些分布捕捉到了被冰覆盖的颗粒的径向漂移和垂直沉降的影响。我们使用物理化学模型来重现通量，假设水和氨是同空间的。我们推断氨的气相质量为0.7-11.0 $\times$ 10 $^{21}$ g。对于水，我们推断气相质量为0.2-16.0 $\times$ 10 $^{22}$ g。这对应于NH $_3$ /H $_2$ O丰度比为7 - 84%，假设水和氨共存。只有在最紧凑和最稳定的构型中，推测的NH $_3$ /H $_2$ O才与星际冰和太阳系天体的$\sim$ 5 -10一致。如果用于随后冻结的可用表面显著减少，则中平面中的挥发物释放可能经由冰体之间的碰撞而发生，例如，通过小颗粒生长成卵石或更大的。
2016-04-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
A very early origin of isotopically distinct nitrogen in inner Solar System protoplanets
了解太阳系及更远的地方生命必需的挥发物（如N）的起源，对于评估岩石行星的潜在可居住性至关重要。然而，究竟是内太阳系的行星从一开始就吸积了这些挥发物，还是外太阳系的外生物质提供了这些挥发物，目前还没有很好的了解。利用先前发表的铁陨石中Ni、Mo、W和Ru的核合成异常及其15 N-14 N比值的数据，我们证明了最早形成的内外原行星盘中的原行星吸积了同位素不同的N。虽然太阳和木星从星云气体中捕获了N，但内外盘中同时生长的原行星可能从有机物和/或尘埃中获得了它们的N-每个水库都有不同的N同位素组成。内太阳系原行星的一个明显的N同位素特征，加上它们的快速吸积，表明在CAIs形成后的0-0.3百万年，非星云的、同位素处理过的N在它们的生长区无处不在。由于块状硅酸盐地球的15 N-14 N比介于太阳系内外的储层之间，我们推断现今岩石行星中的N代表了太阳系内外物质的混合物。
2021-05-11 astro-ph.EP physics.geo-ph
HCN snowlines in protoplanetary disks: constraints from ice desorption experiments
HCN是恒星和行星形成区域中最常检测到的分子之一。它作为恒星形成物理学的示踪剂、氮天体化学的探测器和生命前化学方案的成分而受到广泛关注。尽管如此，HCN最基本的天体化学性质之一仍然很难表征：它的热脱附行为。在这里，我们提出了一系列的实验来表征HCN的热脱附在天体物理学相关的条件下，重点预测HCN升华前的原行星盘。我们推导出HCN-HCN和HCN-H2O的结合能分别为3207 \pm 197 K和4192 \pm 68 K，这两个结合能对应于盘中面升华温度约为85 K和103 K。对于典型的中平面温度分布，HCN应该仅在H2O雪线外部开始升华~1-2 Au。此外，在H2O为主的混合物（20：1 H2O：HCN），我们发现，大部分的HCN仍然被困在冰，直到H2O结晶。因此，HCN可以保留在几乎所有半径的冰盘中，其中富含H2O的微行星形成。这意味着冰体撞击行星表面通常会提供这种潜在的益生元成分。剩下的未知数是HCN在天体物理冰中是纯的还是与H2O混合的程度，这影响了HCN的解吸行为以及冰相化学的结果。纯HCN和HCN：H2O混合物显示出独特的红外波段，这提高了詹姆斯·韦伯太空望远镜阐明恒星和行星形成区域HCN混合环境并解决这些悬而未决的问题的可能性。
2022-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Radial variations in nitrogen, carbon, and hydrogen fractionation in the PDS 70 planet-hosting disk
本研究利用 ALMA 高分辨率观测绘制 PDS 70 行星宿主盘中 HCN 的氮、碳、氢同位素比值径向剖面，揭示不同尺度上由 N2 光解离等过程主导的分馏差异。
2025-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Excess C/O and C/H in outer protoplanetary disk gas
新生行星的组成取决于其诞生盘的组成。特别是，气体巨星的气体包层的元素组成取决于包层所吸积的盘气体的元素组成。先前的模型表明，在磁盘中的O和C-轴承挥发物的顺序冻结将导致在水和CO雪线之间的气体中的超太阳C/O比和太阳下C/H比。然而，这一结果没有考虑到预期的晶粒生长和径向漂移的卵石盘，以及伴随的挥发分从外部到内部磁盘的重新分配。使用一个玩具模型，我们表明，当漂移被认为是，CO之间的水和CO雪线增强，导致超太阳能的C/O和C/H比的气体巨形成区的磁盘气体。只要有大量的卵石漂移通过CO雪线，并且CO蒸气扩散的效率是有限的，这个结果似乎对圆盘模型的细节是稳健的。气体巨星在水雪线外的气体包层中吸积，并且没有经历实质性的核心-包层混合，因此可能在其大气中呈现出超恒星的C/O和C/H比。卵石漂移也会影响行星形成区的氮和惰性气体丰度，这可能解释木星的一些特殊丰度模式。
2016-10-25 astro-ph.EP astro-ph.GA
The edge-on protoplanetary disk HH 48 NE II. Modeling ices and silicates
该研究通过辐射传输建模分析边缘-on 原行星盘 HH 48 NE 的冰吸收特征，发现冰丰度可在3倍因子内确定，但光学深度与柱密度关系受辐射传输效应影响，垂直雪线位置可约束而径向雪线难以触及。
2023-05-08 astro-ph.EP
Ammonium salt formation and abundance in protoplanetary disks
Université Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ISM, UMR 5255（波尔多大学）；Carl Sagan Center, SETI Institute（卡尔·萨根中心，SETI研究所）；NASA Ames Research Center（NASA艾姆斯研究中心）
本文通过热化学模型研究原行星盘阶段铵盐的形成，发现其在盘内中平面高效形成，宇宙射线驱动效应会增强r≈30 au内的铵盐形成，且改变CO与N₂雪线位置。
2026-08-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
High nitrogen and carbon isotopic ratios in the interstellar comet 3I/ATLAS
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Liège（列日大学）；United States Naval Academy（美国海军学院）；Northumbria University（诺森比亚大学）；Auburn University（奥本大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Catholic University of America（美利坚天主教大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；University of Padova（帕多瓦大学）
研究星际彗星3I/ATLAS的高氮和碳同位素比值，揭示其可能起源于低金属licity恒星外围盘。
2026-03-07 astro-ph.EP astro-ph.GA
Disk and atmosphere composition of multi-planet systems
本研究扩展chemcomp代码探究多行星系统中行星开辟间隙对原行星盘气体富集及大气成分的影响，发现外侧行星阻截富挥发物卵石会降低内侧行星大气碳氧含量，氮的超恒星水平可示踪卵石漂移与蒸发的作用。
2024-07-29 astro-ph.EP
Chemistry of Complex Organic Molecules in the V883 Ori Disk Revealed by ALMA Band 3 Observations
本研究利用ALMA Band 3观测V883 Ori原行星盘，鉴定出十种含氧复杂有机分子，发现其丰度比接近彗星67P，并首次约束了盘中COMs的碳同位素和氘氢比值，揭示了原行星盘中COMs的高效再形成机制。
2023-12-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Broadband spectroscopy of astrophysical ice analogues: IV. Optical constants of N$_2$ ice in the terahertz and mid-infrared ranges
Leiden University（莱顿大学）；Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik（马克斯·普朗克地外物理研究所）；Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM（艾克斯-马赛大学）；Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院普罗霍洛夫普通物理研究所）；Federal Institute of Education, Science and Technology of Rio de Janeiro (IFRJ)（里约热内卢联邦教育、科学与技术学院）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Perugia（佩鲁贾大学）
本文通过太赫兹脉冲光谱和傅里叶变换红外光谱技术测量N₂冰的光学性质，并结合DFT计算，提供了太赫兹-中红外范围的完整光学常数数据，对行星盘演化和行星形成研究有重要意义。
2026-01-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Insights on the Formation Conditions of Uranus and Neptune from their Deep Elemental Compositions
本研究利用原行星盘模型模拟CO冰线处挥发物演化，结合纯凝析物及含笼形包合物两种固体情形，预测天王星与海王星的深部元素丰度并约束其形成条件。
2024-06-17 astro-ph.EP
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
Water shielding in the terrestrial planet-forming zone: Implication for inner disk organics
原行星盘内部区域的化学成分可以追溯行星建筑材料的成分。内盘的确切元素组成尚未被测量，模型和观测之间的紧张关系仍然存在。最近的进展表明，紫外线屏蔽能够增加有机物的排放。在这里，我们扩大这些模型，并探讨如何紫外线屏蔽可能会影响化学成分的内部5金。在这项工作中，我们使用arxiv：2204.07108中的模型，并将其扩展为更大的化学网络。我们专注于在上层磁盘大气中的水的紫外线屏蔽的影响是最突出的和分子线起源的化学丰度。我们发现了丰富的碳和氮化学物质，其中C2 H2、CH 4、HCN、CH 3CN和NH3的丰度增加了> 3个数量级。这是由于H2O的自屏蔽作用，它将氧气锁定在水中。这随后导致含氧物质如CO和CO2的抑制。在模型中看到的C2 H2的增加，包括水UV屏蔽，使我们能够解释所观察到的C2 H2丰度，而不诉诸于升高的C/O比，因为水UV屏蔽诱导了富氧气体中的有效贫氧环境。因此，水的紫外线屏蔽是很重要的再现所观察到的碳氢化合物和腈的丰度。根据我们的模型结果，预计詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）可以观察到CH 4，NH3和NO等物种。
2022-07-19 astro-ph.EP
A major asymmetric ice trap in a planet-forming disk IV. Nitric oxide gas and a lack of CN tracing sublimating ices and a C/O ratio $< 1$
本研究首次探测原行星盘Oph-IRS 48中的一氧化氮，结合ALMA观测与DALI模型分析尘埃阱化学结构，发现CN缺失约束C/O比低于1，且NO发射与含氮冰升华相关。
2023-03-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical Habitability: Supply and Retention of Life's Essential Elements During Planet Formation
碳、氢、氮、氧、磷和硫（CHNOPS）在地球生命的起源和增殖中起着关键作用。考虑到物理和化学的普遍性，尤其是水作为溶剂和碳作为复杂分子的骨架的普遍性，CHNOPS可能对大多数可居住的世界至关重要。为了帮助指导和告知潜在的可居住和最终居住的环境的搜索，我们首先总结了地球上各种水库的CHNOPS预算，它们在塑造我们的生物圈中的作用，以及它们在太阳星云中的起源。然后，我们综合了我们目前对这些元素如何在不同的天体物理环境中表现和分布的理解，追踪它们从垂死恒星到分子云、原行星环境的合成过程，最终在主序星周围的温带岩石行星。最后，我们确定了这段旅程中的关键分支点，强调了CHNOPS的形成行星分布可以发生显着改变的情况，并推测了这些世界的化学可居住性的后果。
2022-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Delivery of complex organic molecules to the system of Jupiter
Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）；Southwest Research Institute（西南研究所）
研究通过模拟原太阳星云中复杂有机分子的形成及输送，探讨其对木星系统内木卫系组成的影响。
2026-02-19 astro-ph.EP
Planet formation in chemically diverse and evolving discs II. Chemical fingerprints in planetary atmospheres
INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所）；INAF Osservatorio Astrofisico di Torino（意大利国家天体物理都灵天文台）；School of Physics and Astronomy, University of Leeds（利兹大学物理与天文学学院）；Institut für Theoretische Astrophysik, Universität Heidelberg（海德堡大学理论天体物理研究所）；Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Universität Heidelberg（海德堡大学跨学科科学计算中心）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）
通过耦合盘演化与行星形成模型，研究巨行星大气元素丰度比如何受形成路径和盘化学演化影响，识别出三类大气化学特征，为JWST等观测提供预测。
2026-07-02 astro-ph.EP
Retrieval Analysis of the Emission Spectrum of WASP-12b: Sensitivity of Outcomes to Prior Assumptions and Implications for Formation History
我们分析了热木星WASP-12 b的发射光谱使用我们的HELIOS-R检索代码和HELIOS-K不透明度计算器。当解释哈勃和斯皮策的数据，检索结果被发现是优先主导的。当分子丰度的先验分布被假定为对数均匀分布时，HCN的体积混合比被发现是令人难以置信的高。WASP-12 b的VULCAN化学动力学模型表明，即使大气混合是令人难以置信的严格，化学平衡是一个合理的假设。在（exo）行星形成理论的指导下，我们对碳、氧和氮元素丰度设置高斯先验，高斯峰集中在恒星测量的C/H、O/H和N/H值上。通过强制化学平衡，我们发现亚恒星的O/H和恒星略超恒星的C/H的向阳面大气的WASP-12 b。超恒星的碳氧比略高于1，无论云是否包括在检索分析中，与Madhusudhan等人（2011）一致。此外，逆温是否存在于大气中取决于人们对先验的高斯宽度的假设。我们得到的后验分布与WASP-12 b在水冰线以外的太阳组成的原行星盘中通过引力不稳定或卵石吸积形成的一致（没有核心侵蚀）和通过无盘机制向内迁移到目前的轨道位置，并且与原位形成和核心吸积与盘迁移不一致，正如Madhusudhan et al.（2017）所预测的那样。我们预测，詹姆斯韦伯空间望远镜WASP-12 b数据的解释将不会优先主导。
2017-09-01 astro-ph.EP
Quantifying the temperature-dependent yields of N$_2$ and N$_2$H$_4$ formation in vacuum-ultraviolet-irradiated NH$_3$ ice
Leiden University（莱顿大学）；Xinjiang Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院新疆天文台）；Aarhus University（奥胡斯大学）
本研究实验量化了不同温度下真空紫外辐照NH$_3$冰生成N$_2$和N$_2$H$_4$的产率，发现15 K时N$_2$产率比25和70 K高约一个数量级，为冷外行星环境N$_2$冰形成提供了新途径。
2026-09-17 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
The Isotopic Links from Planet Forming Regions to the Solar System
同位素比率为理解物质的起源提供了一个强有力的工具，包括太阳系天体中的挥发性和难熔物质。最近对分子同位素的高灵敏度观测，特别是ALMA的观测，为我们提供了关于恒星和行星形成区以及太阳系天体中氢、碳、氮和氧同位素比率的新信息。太阳系探测任务，如罗塞塔和卡西尼，给了我们进一步的新见解。与此同时，最近发展的复杂模型同位素化学，包括详细的气相和颗粒表面反应网络，使人们有可能讨论如何同位素分馏在恒星和行星形成的地区是印记到尘埃颗粒的冰地幔，保存记录的初始同位素状态的太阳系材料。本章回顾了最近在太阳系外行星形成区，星前/原恒星核和原行星盘，以及在我们的太阳系的对象-彗星，陨石和行星/卫星大气中的分子同位素观测的进展，并讨论了它们之间的联系，通过同位素化学模型。
2022-03-21 astro-ph.EP astro-ph.GA
Connecting planet formation and astrochemistry: C/O and N/O of warm giant planets and Jupiter-analogs
（节略）行星大气的化学成分一直被认为储存了关于行星何时何地吸积其物质的信息。从理论上预测这种化学成分是将观测研究与控制行星形成的基本物理学联系起来的关键一步。作为我们以前工作中对热彗星研究的后续行动，我们提出了一个从与我们以前工作中使用的相同的小行星形成种群合成模型中提取的暖彗星种群（半长轴在0.5-4 AU之间）。我们计算的天体化学演化的原行星盘包括在这个人口预测的碳/氧（C/O）和氮/氧（N/O）比的磁盘气体，冰和耐火材料的来源，吸积极大地影响了产生的C/O和N/O在大气中的巨行星。我们确认，我们以前发现的主要序列（吸积固体质量和大气C/O之间）在很大程度上是由目前的人口合成暖彗星再现。因此，当出生盘具有太阳或更低的金属丰度时，大多数人口沿着经验推导的质量-金属丰度关系下降。由高金属丰度（[Fe/H] $>$ 0.1）的盘形成的行星导致化学性质更加分散，这可以解释在质量-金属丰度关系中发现的一些分散。结合预测的C/O和N/O比表明，木星不属于我们的合成行星群，这表明它可能不是在进入大钉之前在太阳系的内部5 AU形成的。这一结果与最近对木星大气层化学成分的分析相一致，后者表明它的大部分重元素丰度都在距离太阳数十个天文单位的地方。
2020-09-07 astro-ph.EP
The Role of Ice Compositions for Snowlines and the C/N/O Ratios in Active Disks
行星的元素组成定义了它们的化学性质，如果行星诞生环境（即原行星盘）的元素气体和颗粒比例得到很好的理解，这些元素组成可能被用作它们形成位置的信标。在盘中，挥发性元素的比例，如C/O和N/O，由主要的C，N，O载体的丰度，它们的冰结合环境，以及在距离中心恒星不同距离的主要挥发物雪线的存在来调节。我们探讨磁盘的动力学过程，分子组成和丰度，冰成分上的雪线位置的主要C，O和N载体，和整个磁盘中的气体和尘埃的C/N/O比的影响。气相N/O比增强外盘（外部的H2O雪线）超过所有合理的挥发性成分的C/O比增强。冰的成分和磁盘动力学单独改变雪线的位置N2，主要的氮载体，由2-3的因素，当考虑在一起的范围内可能N2雪线的位置是~11- ~79 AU在一个标准的磁盘模型。因此，在行星形成的不同阶段锚定雪线位置的观测是开发C/N/O比值作为行星形成区探测器的关键。
2016-11-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
UV-driven Chemistry as a Signpost for Late-stage Planet Formation
原行星盘内的化学物质库对行星的组成和生命的可能性有直接的影响。在低温（<= 50 K）下，在寒冷和演化的行星形成盘中观察到长寿命的富碳和富氮化学物质。这一点可以从1- 1000万年老化系统中的小有机自由基的明亮发射中得到证明，否则这些自由基将在100万年内冻结在晶粒上。我们解释了行星形成盘的化学如何从宇宙射线/X射线主导的制度演变为紫外线主导的化学平衡。反过来，这将导致化学储存库的暂时过渡，行星将从中吸积。这种以光化学为主的气相化学随着尘埃的生长、沉降和漂移而发展，小颗粒的数量从盘状大气中耗尽。更高的气体与尘埃质量比允许紫外光子更深地穿透，与富碳气体（C/O > 1）耦合以形成含碳自由基和离子。这进一步导致有机分子的气相形成，然后被演化盘中存在的任何活跃形成的行星吸积。
2022-12-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemistry on solar system scales
针对当前设备难以观测原行星内区关键分子的问题，提出需ALMA2040观测设备，其性能优于现有ALMA，可绘制类地行星形成区化学图并检测宜居世界原料分子。
2026-10-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Carbon depletion observed inside T Tauri inner rims: Formation of icy, kilometer size planetesimals by 1 Myr
原行星盘的碳含量是表征不同盘半径行星的重要参数。从远红外线和亚毫米波观测中有一些证据表明，外盘的气体中碳含量减少，而在盘中面富碳冰的含量相应增加。对内部升华边缘内的碳含量的观测可以确认有多少碳仍然锁定在圆盘中千米大小的物体中。使用近红外光谱，我自洽地确定恒星，消光，面纱，吸积性质的26颗恒星在我的样本。从这些值中，我提取了目标星的内盘过剩，并在其中18个盘中识别出一系列C^0复合线，并使用具有光学薄板模型的Chianti原子线数据库来约束具有完整线集的5个盘中这些线的平均n_e、T_e和n_C。通过使用云光电离代码将这些值与内盘的其他板模型进行比较，我还限制了n_H和碳丰度X_C，从而限制了板中"缺失"的碳量。内盘密度极高（n_H~10 ^{16} cm ^{-3}），温度高（T_e~4500 K），电离程度中等（logX_e~3.3）。五个模拟圆盘中的三个显示出相对于太阳值<= 42的稳健的碳消耗。我讨论了多种方式，其中“失踪”的碳可以锁定的增生气体。考虑到高密度的内盘气体，径向漂移的证据，以及缺乏明显的差距，在这三个系统中，他们的碳消耗是最一致的“失踪”的碳被隔离在公里大小的机构。对于DR Tau，氮和硅也分别亏损了45和4倍，这表明锁定颗粒的千米大小的物体是在N_2雪线之外形成的。
2019-10-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
High-contrast JWST-MIRI spectroscopy of planet-forming disks for the JDISC Survey
本文介绍JDISCS巡天利用JWST-MIRI高对比度光谱校准方法研究原行星盘化学，并以FZ Tau盘为例验证数据质量，反演水与CO发射参数并发现其周围约300 au的H2气体环。
2024-01-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
