ALMA在五个原行星盘中探测到各种有机分子

天文学家使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)已经在5颗年轻恒星的原行星盘中绘制出18个有机和无机分子:IM Lup、GM Aur、AS 209、HD 163296和MWC 480。新的ALMA地图显示,原行星盘中的化学物质并不均匀地分布在每个盘中;相反,每个圆盘都是由不同的行星成分组成的汤。研究结果表明,行星的形成是在不同的化学环境中发生的,而在形成过程中,每颗行星可能会暴露在不同的分子中,这取决于它在圆盘中的位置。一系列的20篇论文详细介绍了这个项目-命名为行星形成尺度上的ALMA分子(MAPS) -将于天体物理学杂志增刊系列

在这个艺术家的构想中,行星是由围绕着一颗年轻恒星的原行星盘中的气体和尘埃形成的。图片来源:M. Weiss /哈佛和史密森天体物理中心。

在这个艺术家的构想中,行星是由围绕着一颗年轻恒星的原行星盘中的气体和尘埃形成的。图片来源:M. Weiss /哈佛和史密森天体物理中心。

行星在年轻恒星周围富含尘埃和气体的盘状物中形成并获得其成分,这一过程的结果与盘状物的化学性质密切相关。

分子在圆盘上的分布调节着行星的元素组成,以及对水和益生元相关有机物的获取。

分子的发射也编码盘的电离水平、温度结构、运动学和气体表面密度的信息,这些都是盘演化和行星形成模型的关键成分。

MAPS ALMA大型项目旨在通过探索10个天文单位尺度的圆盘化学结构,扩大对行星形成的化学理解。

该项目集中在5个圆盘上——围绕IM Lup、GM Aur、AS 209、HD 163296和MWC 480——在这些圆盘上发现了尘埃亚结构,行星的形成似乎正在进行。

哈佛和史密森天体物理中心(Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics)的天文学家卡琳Öberg博士(Dr. Karin Öberg)说,“这些行星形成的圆盘中充满了有机分子,其中一些与地球上的生命起源有关。”

“磁盘中的许多化学物质都是有机的,这些有机物质在特定磁盘中的分布差异很大。”

“两颗行星可以在同一颗恒星周围形成,它们有非常不同的有机库存,因此有生命的倾向。”

在研究中,天文学家绘制出了五个原行星盘中18个分子的具体位置,包括氰化氢和其他与生命起源有关的腈。他们分析了ALMA在2018年和2019年获得的图像。

哈佛和史密森天体物理中心(Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics)的研究生查尔斯·劳(Charles Law)说,“即使是在单个圆盘上发生的化学现象,也比我们想象的要复杂得多。”

“每个圆盘看起来都与下一个很不一样,都有自己独特的化学亚结构。”

“在这些圆盘中形成的行星将经历非常不同的化学环境。”

Öberg博士说:“我们的团队利用这些地图显示了一些正在形成的行星位于圆盘内的位置,使科学家能够将观察到的化学物质与特定行星的未来组成联系起来。”

天文学家确信行星是在原行星盘中形成的,但他们不能直接看到它们。

稠密的气体和尘埃将持续大约300万年,保护着年轻的、正在发展的行星。

在原行星盘中,气体和尘埃自然地围绕中心恒星旋转。

天文学家可以测量到的物质运动的速度应该在整个圆盘中保持一致。

但是,如果有一颗行星潜伏在地表之下,作者相信它会轻微地干扰环绕它的气体,造成速度上的小偏差,或者螺旋状气体以意想不到的方式移动。

利用这一策略,他们分析了五个原行星盘中的两个的气体速度——围绕年轻恒星HD 163296和MWC 480。

在圆盘的某些部分的速度上的小波动表明,在每个圆盘中都嵌有一颗类似木星的年轻行星。

“随着行星的增长,它们最终会在圆盘的结构上挖出缺口,这样我们就能看到它们,但这个过程将需要数千年,”哈佛与史密森尼天体物理中心(Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics)的天文学家理查德·蒂格(Richard Teague)博士说。

“我们希望能比即将使用的詹姆斯·韦伯太空望远镜更早地证实这些发现。它应该具有精确定位行星的敏感性。”

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