Концепция художника о планете, образующемся, как тридцать изученных на для опроса Alma Age-Pro. Срок службы газа в рамках диска определяет временной шкал для планетарного роста. Кредит: NSF/AUI/NSF NRAO/S.DAGNELLO
Международная команда астрономов, в том числе исследователей из Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, обнародовала новаторские выводы о дисках газа и пыли, окружающих близлежащие молодые звезды, используя мощный массив Millimeter/Submillimeter или Alma.
Результаты, опубликованные в 12 статьях в фокусировке астрофизического журнала, являются частью крупной программы ALMA, называемой обзором эволюции газа протопланетных дисков или возрастного Pro. Age-Pro наблюдал 30 дисков планеты вокруг солнечных звезд, чтобы измерить массу газового диска в разных возрастах. Исследование показало, что компоненты газа и пыли на этих дисках развиваются с разными скоростями.
Предыдущие наблюдения Alma изучали эволюцию пыли на дисках; По словам главного следователя проекта Ке Чжан из Университета Висконсин-Мэдисон, Age-Pro, впервые прослеживает эволюцию газа, предоставляя первые измерения масс и размеров газового диска в течение срока службы планеты.
«Теперь у нас есть и газ, и пыль»,-сказала Илария Паскуччи, профессор Planetary Sciences в U of A и один из трех сопутствующих следователей Age-Pro. «Наблюдать за газом гораздо сложнее, потому что он занимает гораздо больше времени на наблюдение, и именно поэтому мы должны пойти на такую большую программу, как эта, чтобы получить статистически значимую выборку».
Протопланетический диск кружится вокруг своей звезды -хозяина в течение нескольких миллионов лет, когда его газ и пыль развиваются и рассеиваются, устанавливая время для формирования гигантских планет. Первоначальная масса и размер диска, а также его угловой импульс оказывают глубокое влияние на тип планеты, которую он мог бы сформировать-глиновые гиганты, ледяные гиганты или мини-нептуны-и пути миграции планет. Срок службы газа в рамках диска определяет временную шкалу для роста частиц пыли в объект размером с астероид, формировании планеты и, наконец, миграции планеты от того места, где она родилась.
В одном из самых удивительных результатов опроса команда обнаружила, что по возрасту дисков их газ и пыль потребляются с разными скоростями и подвергаются изменению массового соотношения газа к пыли по мере развития дисков: в отличие от пыли, которая имеет тенденцию оставаться внутри диска в течение более длительного периода времени, газ относительно быстро распыляется, а затем медленно медленнее. Другими словами, планета, формирующие планету, продувают больше своего газа, когда они молоды.
Программа по возрастной программе наблюдала 30 протопланетарных дисков вокруг солнечных звезд, чтобы измерить, как изменяется масса газового диска с возрастом. Верхний ряд иллюстрирует ранее известную тенденцию: доля молодых звезд с дисками снижается с течением времени. Впервые исследование Age-Pro показывает, что средняя масса газового диска выживших дисков также уменьшается с возрастом. Диски моложе 1 миллиона лет обычно имеют несколько масс газа Юпитера, но это быстро падает до менее 1 массы Юпитера в более старых системах. Интересно, что выжившие диски в возрастных диапазонах 1–3 миллиона и 2–6 миллионов лет, по-видимому, поддерживают аналогичные срединные массы газа. Кредит: Каролина Агурто-Ганга и возрастное сотрудничество
Чжан сказал, что наиболее удивительным выводом является то, что, хотя большинство дисков рассеиваются через несколько миллионов лет, у тех, кто выживает, имеет больше газа, чем ожидалось. Это предполагает, что газообразные планеты, такие как Юпитер, имеют меньше времени, чем у скалистых планет.
Уникальная чувствительность Алмы позволила исследователям использовать слабые, так называемые молекулярные линии для изучения холодного газа на этих дисках, характерные длины волн светового спектра, который по существу действует как «отпечатки пальцев», идентифицируя различные виды молекул газа. Первое крупномасштабное химическое обследование такого рода, возрастное, нацеленное на 30 планету, образующих планету в трех звездообразующих регионах, в возрасте от 1 до 6 миллионов лет: Офюхуш (самый молодой), волчанка (1-3 миллиона лет) и Верхний Скорпиус (самый старший). Используя ALMA, возрастной PRO получил наблюдения за ключевыми трассерами газа и пыли на дисках, охватывающих важные этапы их эволюции, от их самого раннего образования до их возможного рассеивания. Эти данные ALMA будут служить всеобъемлющей устаревшей библиотекой спектральных наблюдений для большой выборки дисков на разных эволюционных этапах.
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
Dingshan Deng, аспирант LPL, который является ведущим автором в одной из документов, предоставил сокращение данных-по сути, анализ изображений, необходимый для того, чтобы добраться от радиосигналов до оптических изображений дисков-для области звездного образования в созвездий Lupus (латин для «Вольф»).
«Благодаря этим новым и длинным наблюдениям, теперь у нас есть возможность оценивать и проследить газовые массы не только для самых ярких и лучших изученных дисков в этом регионе, но и более мелких и слабых», — сказал он. «Благодаря открытию газовых трассеров во многих дисках, где это не было видно раньше, у нас теперь есть хорошо изученная образец, охватывающая широкий спектр дисковых масс в звездной области волчанки».
«Потребовались годы, чтобы выяснить правильный подход к снижению данных и анализ, чтобы произвести изображения, используемые в этой статье для газовых масс и во многих других работах сотрудничества», — добавил Паскуччи.
Окись углерода является наиболее широко используемым химическим индикатором на протопланетарных дисках, но для тщательного измерения массы газа на диске необходимы дополнительные молекулярные трассеры. Age-Pro использовал N2H+, или диазенилиум, ион, используемый в качестве индикатора для газа азота в межзвездных облаках, в качестве дополнительного газового индикатора для значительного повышения точности измерений. Обнаружения Алмы также были созданы для получения спектральных световых сигнатур от других молекул, включая формальдегид, метилотоцианид и несколько молекулярных видов, содержащих дейтерий, изотоп водорода.
«Еще одним выводом, который удивил нас, было то, что массовое соотношение между газом и пылью, как правило, более последовательным на дисках разных масс, чем ожидалось», — сказал Дэн. «Другими словами, диски разного размера будут иметь одинаковое массовое соотношение газа к ввосту, тогда как литература предполагала, что меньшие диски могут быстрее пролить свой газ».
Информация от: Университетом Аризоны
