Астрономы раскрыли дело об отсутствии угарного газа в протопланетных дисках

Но за последнее десятилетие или около того что-то не складывается, когда дело доходит до наблюдений за угарным газом. Во всех наблюдениях за дисками отсутствует огромная часть угарного газа, если верны текущие предсказания астрономов о его содержании.

Теперь новая модель, подтвержденная наблюдениями с помощью ALMA, разгадала загадку: угарный газ скрывался в ледяных образованиях внутри дисков. Находки описаны в журнале Nature Astronomy.

«Возможно, это одна из самых больших нерешенных проблем в дисках, формирующих планеты», — говорит Дайана Пауэлл, научный сотрудник НАСА Хаббла в Центре астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института. «В зависимости от наблюдаемой системы содержание окиси углерода в 3-100 раз меньше, чем должно быть; это действительно огромное отклонение».

И неточности определения угарного газа могут иметь огромное значение для области астрохимии.

«Угарный газ в основном используется для отслеживания всего, что мы знаем о дисках, например массы, состава и температуры», — объясняет Пауэлл. «Это может означать, что многие из результатов для дисков были предвзятыми и неопределенными, потому что мы недостаточно хорошо понимаем соединение».

Заинтригованная тайной, Пауэлл положилась на свой опыт в физике фазовых переходов: когда материя переходит из одного состояния в другое, подобно газу, превращающемуся в твердое тело.

По наитию Пауэлл внесла изменения в астрофизическую модель, которая сейчас используется для изучения облаков на экзопланетах или планетах за пределами Солнечной системы.

«Особенное в этой модели то, что в ней подробно описана физика образования льда на частицах», — объясняет она. «Итак, как лед зарождается на мелких частицах, а затем как он конденсируется. Модель тщательно отслеживает, где находится лед, насколько велики частицы, насколько малы, а затем как перемещаются».

Пауэлл применила адаптированную модель к планетарным дискам, надеясь получить более глубокое понимание того, как монооксид углерода эволюционирует с течением времени в планетарных питомниках. Чтобы проверить достоверность модели, Пауэлл сравнила ее результаты с реальными наблюдениями ALMA за угарным газом в четырех хорошо изученных дисках — TW Hya, HD 163296, DM Tau и IM Lup.

По словам Пауэлла, результаты и модели сработали очень хорошо.

Новая модель согласовывалась с каждым из наблюдений, показывая, что в четырех дисках на самом деле вообще не было угарного газа — он просто превратился в лед, который в настоящее время невозможно обнаружить с помощью телескопа.

По словам Пауэлл, радиообсерватории, такие как ALMA, позволяют астрономам наблюдать за угарным газом в космосе в его газовой фазе, но с помощью современных технологий гораздо сложнее обнаружить лед, особенно большие образования льда.

Модель показывает, что, в отличие от предыдущих представлений, угарный газ образуется на крупных частицах льда, особенно по прошествии одного миллиона лет. До миллиона лет газообразный монооксид углерода был в изобилии и обнаруживался в дисках.

«Это меняет наше мнение, что лед и газ распределяются по дискам», — говорит Пауэлл. «Это также показывает, что детальное моделирование важно для понимания основ этих сред».

Пауэлл надеется, что ее модель можно будет дополнительно подтвердить с помощью наблюдений телескопа Уэбба НАСА, который кажется достаточно мощным для обнаружения льда в дисках, но это еще предстоит выяснить.