Международная группа астрономов, включая исследователей из Лаборатории лунных и планетных наук Университета Аризоны, представила революционные результаты о дисках из газа и пыли, окружающих молодые звёзды поблизости. Для этого использовался мощный комплекс Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решётки (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA).
Результаты опубликованы в 12 статьях в специальном выпуске журнала Astrophysical Journal в рамках большой программы ALMA под названием ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO). В рамках AGE-PRO наблюдали 30 газопылевых дисков вокруг звёзд, похожих на Солнце, чтобы измерить массу газового диска в разном возрасте.
Основные выводы исследования
- Эволюция газа и пыли в дисках. Предыдущие наблюдения ALMA изучали эволюцию пыли в дисках; AGE-PRO впервые отслеживает эволюцию газа, предоставляя первые измерения масс и размеров газовых дисков на протяжении всего времени существования дисков, формирующих планеты.
- Скорость потребления газа и пыли. Исследователи обнаружили, что с возрастом дисков их газ и пыль расходуются с разной скоростью и меняется соотношение массы газа к массе пыли. В отличие от пыли, которая остаётся в диске дольше, газ рассеивается относительно быстро, а затем медленнее по мере старения диска.
- Выживание дисков с газом. Хотя большинство дисков рассеивается через несколько миллионов лет, те, которые выживают, имеют больше газа, чем ожидалось. Это предполагает, что газовым планетам, подобным Юпитеру, требуется меньше времени для формирования, чем каменистым планетам.
Методы исследования
Уникальная чувствительность ALMA позволила исследователям использовать слабые, так называемые молекулярные линии для изучения холодного газа в этих дисках. ALMA также была настроена на приём спектральных световых сигнатур других молекул, включая формальдегид, метилцианид и несколько молекулярных видов, содержащих дейтерий, изотоп водорода.
Вклад участников
Дингшан Дэн, аспирант LPL, является ведущим автором одной из статей. Он провёл анализ данных, необходимый для получения оптических изображений дисков из радиосигналов. Благодаря новым и длительным наблюдениям у исследователей теперь есть возможность оценивать и отслеживать массы газа не только для самых ярких и лучше изученных дисков в этом регионе, но и для меньших и более слабых.
Использованные химические индикаторы
Оксид углерода — наиболее широко используемый химический индикатор в протопланетных дисках, но для тщательного измерения массы газа в диске необходимы дополнительные молекулярные индикаторы. В AGE-PRO использовался N₂H⁺ (диазенилий), ион, используемый в качестве индикатора для азота в межзвёздных облаках, в качестве дополнительного индикатора газа.
Дальнейшие исследования
Исследователи обнаружили, что соотношение масс газа и пыли имеет тенденцию быть более стабильным в дисках разной массы, чем ожидалось. Другими словами, диски разного размера имеют схожее соотношение газа и пыли, в то время как в литературе предполагалось, что меньшие диски могут терять свой газ быстрее.
Предоставлено Университетом Аризоны.