3D Lagrangian turbulent diffusion of dust grains in a protoplanetary disk: method and first applications
为了了解气态湍流原行星盘中尘埃颗粒的化学和同位素组成在其在盘中的旅程中是如何改变的,确定它们各自的轨迹是很重要的。在这里,我们研究的尘埃扩散运输拉格朗日数值模拟使用流行的“湍流扩散”的形式主义。然而,它自然地以欧拉形式表示,这不允许研究单个粒子的轨迹。我们提出了一个简单的随机和物理上合理的模拟湍流扩散的拉格朗日形式,克服了这些困难的过程。结果表明,尘埃的净扩散通量F与气体密度(ρ)梯度和尘埃扩散系数Dd成正比:(F=Dd/ρ \timesgrad(ρ))。它导致尘埃在盘的中平面向内输送,同时有利于盘的上层向外输送。我们目前的测试和应用程序比较灰尘扩散的中面和上层,以及样本轨迹的颗粒具有不同的大小。我们还讨论了宇宙化学和SPH代码的潜在应用。
2011-05-17 astro-ph.EP
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
Complex organic molecules in protoplanetary disks: X-ray photodesorption from methanol-containing ices. Part II -- Mixed methanol-CO and methanol-H2O ices
天体物理观测表明,在原行星盘的气相中存在复杂的有机分子。从中心年轻恒星物体(YSO)发出的X射线照射圆盘中的星际冰,然后是气相分子的喷射,是解释在寒冷地区观察到的丰度的可能途径。这一过程被称为X射线光解吸,需要对含甲醇的冰进行量化。实验测量了甲醇及其光产物在二元混合冰:$^{13}$ CO:CH $_3$ OH冰和H $_2$ O:CH $_3$ OH冰中的X射线光脱附产率。我们用525 - 570 eV范围内的X射线在15 K下照射这些冰。在气相中的物种的释放进行了监测,由四极质谱,并推导出光解吸产率。对于$^{13}$ CO:CH $_3$ OH冰,CH $_3$ OH X射线光解吸产率估计为在564 eV下10 $^{-2}$分子/光子。检测到较大COM的X射线光解吸,其可归因于乙醇、二甲醚和/或甲酸,产率为10 $^{-3}$分子/光子。当甲醇与水混合时,未检测到甲醇和先前COM的X射线光解吸。由低能次级电子主导的X射线诱导化学被认为是解释这些结果的主要机制。我们还提供了适用于天体化学模型的原行星盘环境的解吸产率。YSO发射的X射线应该参与了原行星盘气相中COMs(如甲醇)的富集,因为含甲醇冰的X射线光脱附作用在低温和X射线占主导地位的区域。
2021-02-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Science with an ngVLA: Organics in Disk Midplanes with the ngVLA
行星聚集在原行星盘的中平面上。尘埃和气体在圆盘中平面区域的组成决定了新生行星的组成,包括它们对生命的化学热情。在这方面,挥发性有机物质在行星和彗星形成区的分布特别令人感兴趣。这些是难以访问的磁盘中平面在红外线,甚至毫米波长,由于尘埃不透明度,这可能掩盖中平面,低固有的分子丰度,由于有效的冻结,以及在中等大小的有机物的情况下,预期的激发温度和可访问的线上能级之间的不匹配。在ngVLA波长,尘埃是光学薄,使观测到行星形成盘中平面。ngVLA也具有必要的灵敏度。使用TW Hya作为案例研究,我们表明,ngVLA将能够映射出诊断有机物,如CH 3 CN,在附近的原行星盘的分布。
2018-10-15 astro-ph.EP astro-ph.GA
Radial and vertical constraints on the icy origin of H$_{2}$CO in the HD 163296 Protoplanetary Disk
本研究通过 ALMA 观测 HD 163296 盘的 H$_2$CO 发射,结合径向、垂直和正仲比约束,发现其形成与冰冷起源和冷气相化学均一致,为揭示原行星盘有机物形成路径提供关键证据。
2024-05-24 astro-ph.EP
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
Chemistry in Protoplanetary Disks
本文综述了原行星盘中气体、固体和分子冰的演化过程。与磁盘物理和化学,无论是观测和理论上的关键发现,突出显示。我们讨论了哪些分子探针用于推导气体温度,密度,电离状态,运动学,氘分馏,并研究有机物质在原行星盘。
2013-10-11 astro-ph.EP astro-ph.GA
Dust Collisions in Protoplanetary Disks: Atomic Simulations of the Surface Free Energy
Memorial University(纪念大学);American Museum of Natural History(美国自然历史博物馆);Stony Brook University(石溪大学);Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院);Flatiron Institute(平顿研究所)
本文通过ReaxFF分子动力学模拟研究了原行星盘尘埃颗粒表面自由能随温度、矿物组成及真空环境的变化,发现真空下SFE比地面实验值高两个数量级,表明尘埃凝聚关键取决于表面清洁度、温度与组成。
2025-11-06 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
Unveiling the Chemical Complexity and C/O Ratio of the HD 163296 Protoplanetary Disk: Constraints from Multi-line ALMA Observations of Organics, Nitriles, Sulfur-bearing, and Deuterated Molecules
National Institute of Science Education and Research(印度科学教育研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立学院);University of Michigan(密歇根大学);California Institute of Technology(加州理工学院);Jet Propulsion Laboratory(喷气推进实验室);Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics(中央研究院天文及天文物理研究所);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天体物理学研究所);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);SOKENDAI(综合研究大学院大学)
本研究利用多波段ALMA观测及DRive、PEGASIS代码,约束HD 163296原行星盘分子分布与C/O比(最佳值1.1),揭示DCO+三环亚结构,给出NH2CHO和HNCO柱密度上限,为行星形成化学提供关键数据。
2025-11-14 astro-ph.EP astro-ph.GA
Complex organic molecules along the accretion flow in isolated and externally irradiated protoplanetary disks
太阳诞生的环境将影响前太阳星云的条件,包括可达到的化学复杂性,这对生命前化学很重要。在两种情况下研究了金牛座T星周围盘中复杂有机分子(COMs)的形成和分布:(i)孤立盘,和(ii)被附近大质量恒星外部辐照的盘.化学计算沿吸积流从外盘向内使用一个全面的网络。进行了两个模拟,一个开始与复杂的冰和一个简单的冰。对于孤立的磁盘,COMs被运送到内部磁盘,在那里他们热解吸到气体达到一个丰度的初始假定的冰丰度的代表没有重大变化。对于简单的冰,COM有效地形成在粮食表面的条件下,在外盘。气相COM通过光脱附释放到分子层中。对于照射盘,复杂的冰也向内运输,然而,他们经历的热处理所造成的温暖的条件下照射盘,往往会减少其丰富的吸积流。对于简单的冰,颗粒表面化学不能在外盘合成COM,因为必要的颗粒表面自由基,往往是特别挥发性的,在颗粒表面上不够丰富。气相COM形成在内部区域的照射磁盘通过气相化学诱导的强烈结合的分子,如甲醇的解吸,因此,丰度是不代表的初始分子丰度注入到外盘。这些结果表明,在孤立的磁盘中形成的彗星的组成可能不同于在外部照射磁盘中形成的彗星,后者由更简单的冰组成。
2014-06-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effects from different grades of stickiness between icy and silicate particles on carbon depletion in protoplanetary disks
本文通过三维Monte Carlo模拟,纳入冰蒸发再凝结、光解氧化和热解,证明冰质与硅酸盐颗粒黏性差异及上层高温区可使雪线内碳丰度降低两个数量级。
2024-10-29 astro-ph.EP
Investigating the Sulfur Mystery in Protoplanetary Disks Through Chemical Modeling
本研究更新二维时变原行星盘化学模型,纳入新含硫物种与反应,探究围绕太阳质量T Tauri恒星的盘中硫的分子形式,发现高C/O比可解释相关观测现象,初始硫形式影响盘冰丰度。
2025-10-02 astro-ph.EP
Organic molecules in the protoplanetary disk of DG Tau revealed by ALMA
行星在原行星盘中形成,并继承了它们的化学成分。因此,绘制原行星盘中简单有机物(如甲醛和甲醇)的分布图和研究其形成至关重要。我们分析了在o-H $_2$ CO $3_{1,2}-2_{1,1}$和CH $_3$ OH $3_{-2,2}-4_{-1,4}$ E,$5_{0,5}-4_{0,4}$ A跃迁中,以前所未有的$\sim0.15"$分辨率对金牛座T星DG Tau附近盘喷流系统的ALMA观测,即,$\sim18$ au距离121 pc。H $_2$ CO发射源自从$\sim40$ au延伸的旋转环,其峰值在$\sim62$ au处,即,在1.3毫米尘埃连续体的边缘。CH PDMATHAMO OH发射未检测到低至r.m.s.在0.162 km/s的通道中,假设邻位与对位的比率为1.8-2.8,则环和盘高度平均的H $_2$ CO柱密度为$\sim0.3-4\times10^{14}$ cm $^{-2}$,而CH $_3$ OH的柱密度为$<0.04-0.7\times10^{14}$ cm $^{-2}$。在内部$40$ au中,没有检测到o-H $_2$ CO发射,其束平均柱密度的上限为$\sim0.5-6\times10^{13}$ cm $^{-2}$。DG Tau盘中的H $_2$ CO环位于CO冰线之外(R $_{\rm CO}\sim30$ au)。这表明,H $_…
2019-02-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The rapid formation of macromolecules in irradiated ice of protoplanetary disk dust traps
该研究发现原行星盘尘埃陷阱的强辐射区可使冰态小分子在数十年内快速形成有机大分子,约4%的盘冰可经此过程并入星子形成区,揭示了星子形成与生命相关有机大分子产生的关联。
2025-01-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk
首次在原行星盘(TW Hya)中探测到气相甲醇。除了是迄今为止在磁盘中检测到的最大分子之一之外,甲醇也是第一个具有明确冰化学起源的磁盘有机分子。叠层甲醇排放,如ALMA所观察到的,光谱解析和检测跨越六个速度通道($>3 σ$),达到峰值信噪比$5.5σ$,与TW~Hya预期的运动模式。使用适当的磁盘模型,一个分数丰度的$3\times 10^{-12} - 4 \times 10^{-11}$(相对于H $_2$)再现堆叠线配置文件和通道地图,有利的丰度取决于假设的垂直位置(中面与分子层)。峰发射偏离源位置,表明甲醇发射具有环状形态:此处的分析表明其在$\approx 30$ ~AU处达到峰,达到柱密度$\approx 3-6\times10^{12}$ ~cm $^{-2}$。在TW Hya的情况下,位于内部50 AU中的较大(高达mm大小)颗粒可能因此容纳了盘形冰水库的大部分。在原行星盘中成功探测到冷气相甲醇意味着可以在盘中探索冰化学的产物,为研究行星系形成过程中的复杂有机化学打开了一扇窗户。
2016-06-21 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Survey of CH3CN and HC3N in Protoplanetary Disks
原行星盘中的有机物质决定了行星和彗星的初始成分,从而影响了新生行星系中可能存在的后续化学过程。我们目前的观察复杂的腈轴承物种CH 3CN和HC 3 N对周围的T金牛星AS 209,IM Lup,LkCa 15,和V4046 Sgr以及赫比格Ae星MWC 480和HD 163296磁盘。除IM Lup外,所有磁盘均检测到HC 3 N,V4046 Sgr、MWC 480和HD 163296均检测到CH 3CN。多条检测到的谱线的旋转温度范围为29- 73 K,表明来自盘的温带分子层的发射。V4046 Sgr和MWC 480的径向丰度分布受到参数模型的约束;气相CH 3CN和HC 3 N相对于HCN的丰度在盘的内部100 AU中为几个到几十个百分比,这意味着在行星和彗星形成的盘半径处有丰富的腈化学。我们发现一致的相对丰度的CH 3CN,HC 3 N,HCN之间我们的磁盘样本,原恒星信封,和太阳系彗星,这是一个强大的腈化学在广泛的物理条件下具有类似的结果暗示。
2018-03-13 astro-ph.EP
Cometary ices in forming protoplanetary disc midplanes
低质量的原恒星是太阳系外类似于出生时的太阳系。复杂的物理化学模型被用来模拟形成两个原行星盘从最初的星前阶段,一个占主导地位的粘性扩散和其他纯下落。结果表明,挥发性星前指纹在进入光盘的过程中被化学修饰。这与初始丰度和化学参数相对无关:物理条件更重要。CO2的量通过OH与CO的颗粒表面反应而增加,这通过H2O冰的光解而增强。复杂的有机分子在运输过程中产生通过信封在CH 3OH冰的代价。它们的丰度可以与大圆盘半径(R > 30 AU)的甲醇冰(水冰的几%)相媲美。目前的II类椎间盘模型可能低估了复杂的有机物含量。行星人口合成模型可能低估了CO2的数量,高估了CH 3OH冰在星子忽略云和盘阶段之间的化学处理。总的C/O和C/N比在气相和固相之间不同。这两个冰的比例显示出很小的变化超出了内部10 AU,两者都是近太阳的情况下,纯粹的下降,但都是太阳下的粘性传播占主导地位。在前往原行星盘的途中,原恒星包层中的化学物质决定了冰质小行星和彗星体最初的挥发性和生命前的重要内容。因此,彗星可能反映了太阳星云中冰的起源。
2016-07-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of Morphological and Physical Properties of Laboratory Interstellar Organic Residues with Ultraviolet Irradiation
在分子云中形成的难熔有机化合物是构成太阳系天体的组成部分之一,可能是原始陨石和彗星物质中发现的有机物质的前体。然而,人们对分子云有机物从致密分子云到行星系的演化路径知之甚少。在本研究中,我们专注于分子云难降解有机物的形态和粘弹性的演变。我们发现,有机残留物,实验合成在约10 K的UV照射H2O-CH 3OH-NH3冰,在其纳米至微米尺度的形态和粘弹性在室温下的UV照射后显着改变。这种辐射的剂量相当于在弥散云中短暂停留(等于或小于10,000年)或在外部原行星盘中照射后所经历的剂量。辐照的有机残留物变得高度多孔和更刚性,并形成无定形纳米球。这些nanospherules的形态相似的有机nanocellules中观察到的蚀变最少的陨石,南极多孔行星际尘埃颗粒,彗星样品,这表明,难熔有机物的照射可能是一个可能的形成途径,这种nanocellules。光照射的有机残留物的储能模量(弹性)约为100 MPa,与振动频率无关,该值低于矿物和冰的储能模量。因此,覆盖有这种辐射有机物的尘埃颗粒会有效地粘在一起,但由于颗粒之间的强连接导致聚集脆性增加,可能会抑制生长为较大的颗粒。
2017-03-02 astro-ph.EP
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
Classifying Protoplanetary disks Infrared Spectrum and Analysis by c-C$_3$H$_2$ C$_5$H$_5$ C$_9$H$_7$ C$_{12}$H$_8$ C$_{23}$H$_{12}$ and C$_{53}$H$_{18}$ to be Capable Template for Biological Molecule
一颗刚诞生的年轻恒星周围的原行星盘含有大量的宇宙尘埃。特别是多环芳烃(PAH),它将成为生物有机物的基本组成部分。本研究将许多天文观测到的原行星盘红外光谱分为三种典型光谱。A型显示了6.2、7.8、8.6和11.3微米的著名天文波段。而B型包括未知的复杂带。- (A+B)型为混合型。我们试图通过密度泛函理论(DFT)计算找到具体的分子。我们发现A型多环芳烃可以用(C $_{23}$ H $_{12}$)和(C $_{53}$ H $_{18}$)的六角-五角组合的分子结构来解释。B型背景分子为(c-C $_3$ H $_2$)、(C $_5$ H $_5$)、(C $_9$ H $_7$)和(C $_{12}$ H $_8$)中的小分子。通过混合A和B的那些分子,很好地再现了(A+B)型。详细的天文观测表明,A型中心星比B型中心星质量大,温度高。这表明,在太阳系的早期阶段,我们的原行星盘是由B型分子组成的。有趣的是,B型分子的(C $_5$ H $_5$)和(C $_9$ H $_7$)与地球上的生物核酸具有相似的分子结构。B型分子被认为是合成生物有机物的模板,最终创造了我们的生命。
2023-03-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
UV photolysis, organic molecules in young disks, and the origin of meteoritic amino acids
复杂的有机分子,如在陨石和彗星中发现的氨基酸及其前体,其来源尚不清楚。以前的研究已经解释了太阳系中复杂的有机物存量,通过在温暖的陨石母体上的水化学,或者通过在星际介质中形成的有机物的吸积。本文提出了第三种可能性:复杂的有机物是由附近O/B星的紫外线照射太阳原行星盘中的冰而就地产生的。如果太阳诞生在一个密集的星团中,靠近紫外线明亮的恒星,那么来自外部恒星的通量可能比来自太阳的通量高出许多个数量级。在实验室中,冰的这种光分解可以迅速产生氨基酸前体和其他复杂的有机分子。我提出了一个简单的模型耦合晶粒生长和紫外线照射在一个年轻的拱星盘。结果表明,在10^6年内,这种生产可能足以创造出太阳系整个复杂的有机库存。不排除陨石母体上随后的水蚀变。
2011-12-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Chemical complexity in protoplanetary disks in the era of ALMA and Rosetta
彗星提供了对原始太阳星云中物质的分子组成和复杂性的独特见解。Rosetta任务的最新结果,目前正在原位监测彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko,以及ALMA(阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列),已经证明了一个诱人的联系之间的化学复杂性,现在证实在磁盘(通过检测气相CH 3CN; Oberg et al. 2015),并在67 P表面得到证实(Goesmann et al. 2015),提出了关于这些物种的化学起源(云或遗传与盘合成)的问题。从天体化学模型的一个原行星盘的结果,其中包括复杂的化学,并假设简单的冰只继承了从父分子云。模型结果与Philae/COSAC在67 P表面观察到的几种COM的丰度非常一致。由原行星盘继承的主要是简单冰的宇宙射线和X射线诱导的光处理足以产生类似于在彗星中观察到的化学复杂性。这表明在67 P表面探测到的冰状COMs可能有一个盘状起源。结果还表明,内部暖盘大气中含有丰富的气相CH 3CN,其中热气相化学占主导地位,并可能消除冰的化学特征。因此,CH 3CN可能不是一个明确的示踪剂的复杂的有机冰水库。然而,需要更好地了解CH 3CN的热气相化学才能证实这一初步结论。
2016-05-26 astro-ph.EP
An ALMA Survey of H$_2$CO in Protoplanetary Disks
H $_2$ CO是原行星盘中最丰富的有机分子之一,可以作为更复杂有机化学的先驱。我们提出了一个ALMA调查H $_2$ CO对15个磁盘,涵盖了一系列的恒星光谱类型,恒星年龄,尘埃连续形态。H $_2$ CO在第13个圆盘检测到,并在第14个圆盘检测到。我们发现中心峰值和中心凹陷的发射形态,和一半的磁盘显示环状结构或超出预期的CO雪线位置。总之,这些形态表明,H $_2$ CO在磁盘通常是通过气相和CO-冰调节的颗粒表面化学产生的。我们提取磁盘平均和方位平均的H $_2$ CO激发温度和柱密度为四个磁盘多个H $_2$ CO线检测。温度在20- 50 K之间,除了DM Tau盘中的温度较低。这些温度表明,H $_2$ CO排放的磁盘一般出现在温暖的分子层,从较冷的中平面的一些贡献。应用相同的H $_2$ CO激发温度的调查中的所有磁盘,我们发现,H $_2$ CO柱密度跨越几乎三个数量级($\sim 5 \times 10^{11} - 5 \times 10^{14} \mathrm{cm}^{-2}$)。柱密度似乎与磁盘大小和恒星年龄无关,但赫比格Ae磁盘可能有较少的H $_2$ CO相比,金牛座T磁盘,可能是因为较少的CO冻结。需要更多的H $_2$ CO对赫比格Ae盘的观测来证实这一初步趋势,并更好地限制在行星形成过程中H $_2$ CO和其他含氧有机物有效形成的盘条件。
2020-02-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Astrochemistry: overview and challenges
本文简要概述了分子在宇宙中的旅程,从局部弥漫的星际云和PDR到遥远的星系,从冷的暗云到热的恒星形成核心,原行星盘,微行星和系外行星。概述了每个领域的最新发展,并强调了将天文学与化学和其他学科联系起来的重要性。阐述了未来几十年天体化学领域面临的14项挑战。
2017-10-16 astro-ph.EP astro-ph.GA
The refractory-to-ice ratio in comet 67P: implications on the composition of the comet-forming region of the protoplanetary disk
本研究结合Rosetta任务的ROSINA和COSIMA数据,通过蒙特卡洛方法约束彗星67P的难熔物与冰比率,推导其体元素丰度,揭示其形成于25-35 au的原行星盘区域。
2025-01-29 astro-ph.EP
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
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS) VI: Distribution of the small organics HCN, C2H, and H2CO
有机小分子,如C2 H、HCN和H2 CO,是原行星盘中碳、氮和氧收支的示踪剂。利用ALMA大型程序的行星形成尺度(MAPS)对五个原行星盘中的C2 H、HCN和H2 CO谱线进行了高角分辨率(10-50 au)观测。我们推导出HCN和C2 H的柱密度和激发温度分布,并发现HCN发射出现在一个温和的(20-30 K)层中的磁盘,而C2 H是存在于相对温暖的(20-60 K)层。在HD 163296的情况下,我们发现在83 AU附近的一个尘埃间隙内的HCN和C2 H的柱密度减少,其中一颗行星被提出位于。我们推导出H2 CO柱密度分布假设温度在20和50 K之间,并发现略高的柱密度在较冷的磁盘周围的金牛座T星比周围赫比格Ae星。的H2 CO柱密度上升附近的CO雪线和/或毫米尘埃边缘的位置,这表明一个有效的释放H2 CO冰在外盘。最后,我们发现,这些磁盘的内部50 AU是丰富的有机物种,相对于水的丰度是类似的彗星值。因此,彗星可以将水和关键有机物运送到这些圆盘中的未来行星,类似于地球上可能发生的情况。本文是《天体物理学杂志增刊》MAPS特刊的一部分。
2021-09-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
Methanol Along the Path from Envelope to Protoplanetary Disc
星际甲醇被认为是更大、更复杂的有机分子的母体。对低质量恒星形成系统进行了物理化学模拟,以追踪从云到盘的化学演化。一个轴对称的二维半解析模型产生的时间相关的密度和速度分布,和全连续辐射转移进行计算的尘埃温度和紫外辐射场在每个位置作为时间的函数。一个全面的气体-颗粒化学网络被用来计算沿下落轨迹的化学丰度。两个物理方案进行了研究,其中一个占主导地位的光盘增长机制是粘性传播,另一个是持续的物质流入盛行。结果表明,下落路径影响进入每种类型的光盘的甲醇的丰度,范围从甲醇的完全损失到相对于星前相的> 1倍的增强。确定了不同物理条件下甲醇化学的关键化学过程和参数。甲醇的精确丰度和分布对于圆盘中复杂有机分子的预算非常重要,这些分子将被纳入形成行星系统物体,如原行星和彗星。这些模拟结果表明,彗星形成区含有较少的甲醇比在前坍缩阶段,这是主要的星前起源,但也有额外的层建立在信封在下落。这种有趣的联系将很快被罗塞塔任务即将获得的数据所检验。
2014-09-08 astro-ph.EP 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
Sticky or not sticky? Measurements of the tensile strength of micro-granular organic materials
了解原行星和彗星物质的力学性质对于更好地理解彗星活动和行星形成的早期阶段至关重要。抗拉强度决定了从彗星表面剥离颗粒、卵石和团块所需的压力,也描述了宏观物体在材料失效之前可以承受多大的应变。由于有机物质在太空中无处不在,它们可能在行星形成过程中发挥了重要作用。本工作提供了五种不同的微颗粒有机材料,即腐殖酸,石蜡,褐煤,木炭和石墨的抗拉强度的新数据。这些材料通过所谓的巴西圆盘测试进行研究,并且将所得的拉伸强度值归一化为标准粒度和体积填充因子。我们发现,这些材料的拉伸强度范围超过四个数量级。石墨和石蜡具有比二氧化硅高得多的拉伸强度,而煤具有非常低的拉伸强度值。这项工作表明,有机物质通常并不像人们通常认为的那样比硅酸盐或水冰更粘稠。
2020-07-15 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
First detection of HDO ice in a protoplanetary disk
Friedrich Schiller University Jena(耶拿弗里德里希·席勒大学);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心);National Astronomical Observatory of Japan, National Institutes of Natural Sciences (NINS)(日本国立天文台,国立自然科学研究院);Leiden University(莱顿大学)
利用JWST/NIRSpec在猎户座星云团边缘盘132-1832中首次探测到HDO冰,并给出HDO/H₂O比的上限,表明盘内冰处理效率高。
2026-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.chem-ph
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
An inherited complex organic molecule reservoir in a warm planet-hosting disk
量化原行星盘中物质的组成对于确定系外行星系统产生和支持可居住环境的潜力至关重要。要检测的关键复杂有机分子(COM)是甲醇(CH3OH)。CH 3 OH主要在低温下通过冰尘颗粒表面上的CO冰的氢化形成,并且是形成更复杂的物质如氨基酸和蛋白质的必要基础。我们报告的检测CH3OH在一个年轻的,明亮的A型恒星HD100546周围的磁盘。这个圆盘是温暖的,因此没有一个重要的CO冰库。我们认为,CH3OH不能形成原位,因此,这个磁盘可能继承了丰富的COMs冰从早期的冷暗云阶段。这是一个强有力的证据,表明至少有一些有机物质在磁盘形成过程中幸存下来,然后可以被纳入形成行星,卫星和彗星。因此,关键的前生物化学演化已经在黑暗的恒星形成云中发生。
2021-04-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). IX. Distribution and Properties of the Large Organic Molecules HC$_3$N, CH$_3$CN, and $c$-C$_3$H$_2$
在整个星际空间都可以检测到更大的生物相关分子的前体,但是在行星形成期间确定这些分子的存在和性质需要以高角分辨率和灵敏度观测原行星盘。在这里,我们提出了0.3”的观测HC $_3$ N,CH $_3$ CN和$c$ -C $_3$ H $_2$在五个原行星盘观察的一部分,分子与ALMA在行星形成尺度(MAPS)大计划。我们稳健地检测了四个圆盘(GM Aur、AS 209、HD 163296和MWC 480)中的所有分子,并在IM Lup中初步检测到$c$ -C $_3$ H、$_2$和CH $_3$ CN.我们观察到一系列的形态-中心峰,单环或双环-分子或磁盘之间的形态没有明确的相关性。排放物一般是致密的,其规模可与毫米级尘埃连续体相媲美。我们进行磁盘集成和径向分辨旋转图分析,以获得列密度和旋转温度。后者揭示了5-10倍以上的列密度在内部50-100 au的磁盘相比,磁盘集成分析。我们表明,CH $_3$ CN起源于较低的相对高度在磁盘相比,HC $_3$ N,在某些情况下,直接跟踪磁盘中平面。最后,我们发现很好的协议之间的比例小到大腈在外磁盘和彗星。我们的研究结果表明,这里研究的原行星盘是大型有机分子的重要储存库,并且这种行星和彗星建造材料在化学上与我们自己的太阳系相似。本文是《天体物理学杂志增刊系列》MAPS特刊的一部分。
2021-09-15 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
The nucleosynthetic fingerprint of the outermost protoplanetary disk and early Solar System dynamics
研究通过原始陨石中的外盘物质核合成与同位素证据,揭示彗星形成区成分普遍存在于外太阳系,并归因于分子云晚期吸积流的加入。
2024-06-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
The ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO): Formaldehyde (H$_2$CO) emission and its links to disk properties
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校);European Southern Observatory(欧洲南方天文台);Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics(马克斯·普朗克地外物理研究所);Max-Planck-Institut fur Astronomie (MPIA)(马克斯·普朗克天文学研究所);Mullard Space Science Laboratory, University College London(伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室);Joint ALMA Observatory(ALMA联合 observatory);Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons (YEMS)(年轻系外行星及其卫星千年核(YEMS));Lunar and Planetary Laboratory, the University of Arizona(亚利桑那大学月球与行星实验室)
利用20个Class II原行星盘的ALMA观测数据,研究H$_2$CO发射与盘性质的相关性,发现H$_2$CO线光度与尘埃半径、气体半径、尘埃质量、气体质量、恒星质量和光度强相关,表明大质量尘埃盘中CO冰氢化形成H$_2$CO更有效。
2026-06-03 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemical footprints of giant planet formation. Role of planet accretion in shaping the C/O ratio of protoplanetary disks
本研究提出巨行星吸积会在原行星盘留下化学足迹,通过模拟发现吸积行星可升华富碳有机物提升局地气相C/O比,解释了ALMA观测到的谱线发射环现象,建立了巨行星吸积与行星盘化学的新关联。
2023-07-17 astro-ph.EP
The carbon monoxide-rich interstellar comet 2I/Borisov
星际彗星提供了来自遥远的原行星盘的挥发物的直接样本。2 I/Borisov是在我们的太阳系中发现的第一颗显著活跃的星际彗星[1]。彗星是气体、冰和尘埃的浓缩样品,这些物质在行星形成期间存在于恒星的原行星盘中,并使我们了解化学成分和丰度如何随着与中心恒星的距离而变化。它们的轨道迁移移动挥发物[2],有机物质和宿主系统中的益生元化学物质[3]。在我们的太阳系中,数百颗彗星已经被远程观测到,少数彗星已经通过太空任务进行了近距离研究[4]。然而,对太阳系外彗星的认识一直局限于从遥远的、未解决的对其他恒星周围彗星区域的观测中收集到的信息,只有一次探测到一氧化碳[5]。在这里,我们报告说,2 I/鲍里索夫的彗发含有明显多于H2O气体,丰度至少为173%,比以前测量的任何彗星在内部(<2.5 au)太阳系[4]。我们对2 I/鲍里索夫的紫外线观测提供了对另一颗与我们的恒星有很大不同的恒星的原行星盘的冰含量和化学成分的第一次一瞥。
2020-04-19 astro-ph.EP
Protoplanetary Disk Chemistry
本文综述了原行星盘中挥发性元素HOCNSP的化学及相关观测与理论方法,指出盘化学组成受继承与原位化学共同影响,且与物理动力学过程紧密交织,为探测盘演化和行星形成提供了化学探针。
2023-09-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Organic chemistry in the first phases of Solar-type protostars
像我们这样的行星系统是经过一个漫长的过程形成的,在这个过程中,物质从弥漫的云层凝聚成恒星、行星、小行星、彗星和残余尘埃,在不到几百万年的时间里经历了物理和化学状态的巨大变化。几项研究表明,太阳型行星系统形成初期的化学成分是追踪系统本身历史的有力诊断工具。在迄今为止在ISM中检测到的大约270种分子中,所谓的星际复杂有机分子(iCOMs)特别令人感兴趣,因为它们具有进化诊断能力,并且可能是生物分子的潜在前体,而生物分子是地球生命的基础。本章重点讨论太阳系行星系统早期阶段有机分子的演化,以星前、0/I类和原行星盘阶段为代表,并将它们与目前在太阳系彗星中观察到的情况进行比较。我们的双重目标是回顾太阳型恒星形成过程中的有机化学基础,此外,还可能对我们自己的行星系统的早期历史提供限制。
2022-12-20 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Chemical and physical properties of cometary dust
本研究梳理了彗星尘埃的化学与物理性质,结合航天任务、观测及实验室分析结果,明确其组成、同位素特征、尺寸分布及结构特性,为研究太阳系早期物质提供了关键依据。
2023-05-05 astro-ph.EP
Observational evidence for a possible link between PAH emission and dust trap locations in protoplanetary disks
Leiden University(莱顿大学);Delft University of Technology(代尔夫特理工大学);University of Bern(伯尔尼大学);University College London(伦敦大学学院)
研究发现原行星盘中PAH发射强度与尘埃陷阱位置存在强相关性,表明PAHs可能在碎石上冻结并受尘埃运输影响。
2025-11-10 astro-ph.EP
STXM-XANES and TEM analysis of UltraCarbonaceous Antarctic MicroMeteorites (UCAMMs)
Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);CNRS(法国国家科学研究中心);Univ. Lille(里尔大学);INRAE(法国国家农业、食品与环境研究所);Centrale Lille(里尔中央理工学院);ISMO(分子科学与分子材料研究所);Sorbonne Université(索邦大学);MNHN(法国国家自然历史博物馆);IEMN(北方微电子与微电子光子学研究所)
本研究通过STXM-XANES和TEM分析UCAMMs,发现其含三种OM相及多种矿物,富氮OM或源于原行星盘冰的辐照,矿物学特征暗示早期太阳系存在径向混合,还引发彗星水蚀变的疑问。
2026-08-27 astro-ph.EP
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
Thermal Behavior of Astrophysical Amorphous Molecular Ices
本文通过质谱和红外光谱实验研究分子冰混合物在不同温度下的行为,发现非晶到晶态水冰转变是决定捕获挥发物释放的关键因素,对解释原行星盘和彗星观测数据具有重要意义。
2023-07-26 astro-ph.EP
Monte Carlo simulation of UV-driven synthesis of complex organic molecules on icy grain surfaces
本研究开发了一种无需预设反应路径且计算成本低的蒙特卡洛模拟,揭示了原行星盘冰尘表面在紫外辐射下通过光解离和自由基反应合成氨基酸和糖类等复杂有机分子的机制及丰度依赖性。
2024-06-02 astro-ph.EP
Detection of Dimethyl Ether in the Central Region of the MWC 480 Protoplanetary Disk
利用ALMA观测在MWC 480原行星盘首次探测到二甲醚(CH$_3$OCH$_3$),发现其与未探测到的甲醇柱密度比异常偏高,揭示了内部盘中复杂有机分子经历了显著的化学重新加工。
2024-07-31 astro-ph.EP astro-ph.SR
Protoplanetary disk cavities with JWST-MIRI: a dichotomy in molecular emission
Texas State University(德克萨斯州立大学);Vassar College(瓦瑟学院);University of Arizona(亚利桑那大学);Mullard Space Science Laboratory, University College London(伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室);NSF’s NOIRLab(美国国家科学基金会NOIR实验室);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(加州理工学院喷气推进实验室);University of Exeter(埃克塞特大学);California Institute of Technology(加州理工学院);Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学)
研究通过JWST-MIRI观测揭示原行星盘空洞中分子发射的二元性,发现分子丰富与贫乏空洞在分子亮度、OH/H2O比值及水柱密度等方面存在显著差异,暗示尘埃耗尽与气体密度降低之间的反馈机制。
2026-01-05 astro-ph.EP
Evidence of fast pebble growth near condensation fronts in the HL Tau protoplanetary disk
水和简单的有机分子冰在水雪线以外的可用于星子和行星形成的固体物质中占主导地位。在这里,我们分析ALMA长基线2.9,1.3和0.87毫米的连续图像的年轻恒星HL头,并建议观察到的排放下降是由于快速卵石周围的凝结丰富的挥发性物质的前增长。具体来说,我们表明,突出的最内倾角在13 AU的空间分辨的0.87毫米的图像,其中心半径是一致的预期中面凝结水冰前。此外,另外两个突出的倾角,在32和63 AU的距离,覆盖纯氨或氨水合物和笼形水合物(特别是与CO和N $_2$)从无定形水冰形成的中面冷凝前线。HL Tau在1.3和0.87 mm之间的光谱指数图显示,在凹陷内的流量比在统计上大于在磁盘中的附近区域的流量比。这种变化可以用一个有两个尘埃种群的模型来解释,其中大部分固体物质驻留在一个已经在倾角内增长到分米大小尺度的组件中。这种增长是符合最近的数值模拟挥发物凝结,粉尘凝结和沉降。
2015-05-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Ethyl alcohol and sugar in comet C/2014Q2 (Lovejoy)
原恒星周围存在着大量复杂的有机分子(COM;定义为含有六个或更多原子的分子),这表明恒星的形成伴随着分子复杂性的增加。这些COM可能是星子和最终行星形成的物质的一部分。彗星代表了太阳系中最古老和最原始的物质,包括冰,因此是我们了解太阳原行星盘挥发性成分的最佳窗口。在彗星冰中发现的分子包括水、简单的碳氢化合物、氧、硫和含氮物质,以及一些COM,如乙二醇和甘氨酸。我们报告了在彗星C/2014 Q2(Lovejoy)中检测到的21种分子,包括在彗星中首次鉴定出乙醇(ethanol,C2 H5 OH)和最简单的单糖糖乙醇醛(CH 2 OHCHO)。乙醇和乙醇醛的丰度分别为5%和0.8%(相对于甲醇为0.12%和0.02%),略高于在太阳型原恒星中测得的值。总的来说,彗星冰中高丰度的COM支持太阳系原行星盘通过颗粒表面反应形成。
2015-11-16 astro-ph.EP