ALMA раскрывает богатую углеродом органическую среду обитания планет
Используя Большую миллиметровую / субмиллиметровую матрицу Атакамы (ALMA), исследователи завершили наиболее обширное картирование химического состава протопланетных дисков вокруг пяти ближайших молодых звезд с высоким разрешением, создав изображения, которые фиксируют молекулярный состав, связанный с планетным рождением, и дорожную карту на будущее. исследования состава областей планетообразования и кометообразования.
Это составное изображение данных ALMA молодой звезды HD 163296 показывает излучение цианистого водорода, наложенное на изображение звездного поля, созданное художником. В рамках проекта MAPS основное внимание уделялось цианистому водороду и другим органическим и неорганическим соединениям в планетообразующих дисках, чтобы лучше понять состав молодых планет и то, как эти составы связаны с местом образования планет в протопланетном диске. Предоставлено: АЛМА (ESO / NAOJ / NRAO) / D. Берри (NRAO), K. Öberg et al (MAPS)
Новое исследование открывает ключи к разгадке роли молекул в формировании планетных систем и того, есть ли у этих молодых планетных систем все необходимое для жизни.
Планеты образуются в дисках из пыли и газа, называемых протопланетными дисками, окружающими молодые звезды. Химический состав этих дисков может влиять на сами планеты, в том числе на то, как и где происходит планетарное образование, на химический состав планет и на то, имеют ли эти планеты органический состав, необходимый для поддержания жизни. MAPS специально исследовали протопланетные диски, окружающие молодые звезды IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 и MWC 480, где уже были обнаружены свидетельства продолжающегося формирования планет. Этот проект привел к множеству захватывающих открытий, включая связь между пылью и химическими субструктурами и наличие больших резервуаров органических молекул во внутренних областях диска звезд.
«С помощью ALMA мы смогли увидеть, как молекулы распределяются там, где в настоящее время собираются экзопланеты», – сказала Карин Оберг, астроном из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA) и главный исследователь MAPS. «Одна из действительно захватывающих вещей, которые мы увидели, заключается в том, что формирующие планеты диски вокруг этих пяти молодых звезд являются фабриками особого класса органических молекул, так называемых нитрилов, которые участвуют в происхождении жизни здесь, на Земле».
Простые органические молекулы, такие как HCN, C2H и H2CO, наблюдались на протяжении всего проекта с беспрецедентной детализацией благодаря чувствительности и разрешающей способности приемников ALMA Band 3 и Band 6. «В частности, мы смогли наблюдать количество небольших органических молекул во внутренних областях дисков, где, вероятно, собираются скалистые планеты», – сказала Вивиана В. Гусман, астроном из Института астрофизики Папского университета в Чили, ведущий автор. на MAPS VI и соруководителем MAPS. «Мы обнаруживаем, что наша собственная солнечная система не особенно уникальна, и что другие планетные системы вокруг других звезд имеют достаточно основных ингредиентов, чтобы сформировать строительные блоки жизни».
Ученые также наблюдали более сложные органические молекулы, такие как HC3N, CH3CN и c-C3H2, особенно те, которые содержат углерод и, следовательно, скорее всего, действуют как сырье для более крупных пребиотических молекул. Хотя эти молекулы были обнаружены в протопланетных дисках и раньше, MAPS – это первое систематическое исследование нескольких дисков с очень высоким пространственным разрешением и чувствительностью, а также первое исследование, в котором молекулы были обнаружены в малых масштабах и в таких значительных количествах.
ALMA изображения протопланетных дисков вокруг молодых звезд AS 209 и HD 163296. Различные молекулы имеют разное распределение. Авторы и права: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Катальди и др. / Айкава и др.
«Мы обнаружили больше крупных органических молекул, чем ожидалось, в 10-100 раз больше, расположенных во внутренних дисках в масштабах Солнечной системы, и их химический состав похож на химический состав комет Солнечной системы», – сказал Джон Или, астроном из Университета Лидса и ведущий автор MAPS IX.
«Присутствие этих больших органических молекул важно, потому что они являются ступеньками между более простыми молекулами на основе углерода, такими как монооксид углерода, который в изобилии встречается в космосе, и более сложными молекулами, которые необходимы для создания и поддержания жизни. ”
Однако молекулы не распределены равномерно по дискам, образующим планеты, как показано на MAPS III и IV, которые показали, что, хотя общий состав диска кажется похожим на солнечную систему, увеличение с высоким разрешением показывает некоторое разнообразие в составе, которое может приводят к межпланетным различиям. «Молекулярный газ в протопланетных дисках часто находится в виде наборов отдельных колец и промежутков», – сказал Чарльз Лоу, астроном CfA и ведущий автор MAPS III и IV. «Но один и тот же диск, наблюдаемый в разных молекулярных эмиссионных линиях, часто выглядит совершенно по-разному, каждый диск имеет несколько молекулярных граней. Это также означает, что планеты на разных дисках или даже на одном диске в разных местах могут формироваться в радикально разных химических средах ». Это означает, что некоторые планеты формируются с необходимыми инструментами для создания и поддержания жизни, а другие близлежащие планеты – нет.
Одна из этих радикально отличающихся сред находится в пространстве, окружающем планеты, подобные Юпитеру, где ученые обнаружили, что газ беден углеродом, кислородом и более тяжелыми элементами, но богат углеводородами, такими как метан. «Химия, которая наблюдается в протопланетных дисках, должна быть унаследована формированием планет», – сказал Артур Босман, астроном из Мичиганского университета и ведущий автор MAPS VII. «Наши результаты показывают, что многие газовые гиганты могут образовываться с чрезвычайно бедной кислородом (богатой углеродом) атмосферой, что бросает вызов текущим ожиданиям относительно состава планет».
Взятые вместе, MAPS предоставляет именно это: карту, которой должны следовать ученые, соединяя точки между газом и пылью в протопланетном диске и планетами, которые в конечном итоге формируются из них, чтобы создать планетную систему. «Состав планеты – это запись того места на диске, в котором она была сформирована», – сказал Босман. «Соединение планеты и состава диска позволяет нам заглянуть в историю планеты и помогает нам понять силы, которые ее сформировали».
Джо Пеше, астроном и сотрудник программы ALMA в Национальном научном фонде (NSF), говорит: «Существует ли жизнь за пределами Земли – один из фундаментальных вопросов человечества. Теперь мы знаем, что планеты встречаются повсюду, и следующий шаг – определить, есть ли у них условия, необходимые для жизни, какой мы ее знаем (и насколько распространенной может быть такая ситуация). Программа MAPS поможет нам лучше ответить на эти вопросы. Поиски ALMA предшественников жизни вдали от Земли дополняют исследования, проводимые в лабораториях и в таких местах, как гидротермальные источники на Земле ».
Оберг говорит: «MAPS – это кульминация десятилетней работы ученых по химии планетообразующих дисков, которые использовали ALMA и ее предшественники. Хотя на тот момент MAPS исследовал всего пять дисков, мы до сих пор не знали, насколько химически сложными и визуально потрясающими были эти диски. MAPS впервые ответила на вопросы, которые мы не могли себе представить несколько десятилетий назад, а также представила нам еще много вопросов, на которые нужно ответить ».
источник новостей – Phys.org
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
