Эволюция химического состава протопланетных дисков

Планеты формируются из газа и пыли в дисках, окружающих молодые звезды. Химические вещества в материале диска, которые легко испаряются, называют летучими веществами, и к ним относят воду, монооксид углерода, азот, а также другие, простые органические молекулы. Количество летучих, накапливающихся при формировании планеты, является ключевым фактором, влияющим на состав атмосферы планеты и ее пригодность для жизни. Это количество, в свою очередь, зависит от устройства газовых «резервуаров» в диске в тот период, когда происходило формирование планет.

Поскольку состав протопланетного диска эволюционирует с течением времени, для определения составов планет важно знать общие принципы эволюции химического состава вещества диска. Астрономам известно, что содержание воды и монооксида углерода в материале молодых звездных систем снижено, по сравнению с обычной межзвездной средой, подчас в 100 раз и более.

Согласно распространенной версии, это обеднение водой и монооксидом углерода связано с тем, что данные вещества замерзают на поверхности частиц пыли, а затем накапливаются в плоскости диска, где они продолжают оставаться в твердом состоянии. Эта гипотеза объясняет устройство части наблюдаемых систем, однако далеко не всех.

В новой работе астрономы из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, во главе с Дженнифер Б. Бергнер (Jennifer B. Bergner) использовали обсерваторию ALMA для наблюдения поведения летучих веществ в пяти молодых протопланетных дисках. Проведенное по результатам наблюдений моделирование показало, что обеднение монооксидом углерода в изучаемых системах протекает очень быстро – в первые 0,5-1 миллион лет существования диска. Также исследователи выяснили, что спектры самых молодых объектов, все еще находящихся в «коконе» из первичного материала, демонстрируют характерные особенности, вероятно, связанные с тем, что химические соединения материала диска в таких системах защищены от разрушительного действия ультрафиолетового излучения, испускаемого звездой.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.