行方不明の一酸化炭素が氷の中に隠れていた

解決済みのケース: 行方不明の一酸化炭素が氷の中に隠れていた
2022年8月22日 ニュースリリース

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惑星円盤では、一酸化炭素が大きな氷の塊に潜んでおり、「CO はどこにあるのか?」という 10 年来の疑問を解決しています。


必要なクレジット: M.Weiss/天体物理学センター | ハーバードとスミソニアン
マサチューセッツ州ケンブリッジ– 天文学者は、惑星の苗床で一酸化炭素を頻繁に観察します。この化合物は非常に明るく、原始惑星系円盤 (若い星の周りに惑星が形成されるダストとガスの領域) で非常に一般的であり、科学者の主な標的となっています。

しかし、過去 10 年ほどの間、一酸化炭素の観測に関しては、何かがうまくいっていない、と天体物理学センターの NASA ハッブル フェローであるDiana Powellは言います。ハーバード＆スミソニアン。

天文学者によるその存在量に関する現在の予測が正しければ、円盤のすべての観測で一酸化炭素の巨大な塊が失われています。

現在、ALMA による観測によって検証された新しいモデルが謎を解決しました。一酸化炭素は円盤内の氷層に隠れています。調査結果は、ジャーナルNature Astronomyで今日説明されています。

「これは、惑星形成円盤における最大の未解決問題の 1 つかもしれません」と、研究を率いたパウエルは言います。「観察されたシステムによっては、一酸化炭素は本来あるべきよりも 3 倍から 100 倍少なく、非常に大量にオフになっています。」

また、一酸化炭素の不正確さは、宇宙化学の分野に大きな影響を与える可能性があります。

「一酸化炭素は基本的に、質量、組成、温度など、円盤について私たちが知っているすべてを追跡するために使用されます」とパウエルは説明します。「これは、化合物を十分に理解していないため、ディスクの結果の多くが偏っており、不確実であることを意味する可能性があります.」

この謎に興味をそそられたパウエルは、探偵の帽子をかぶって、相変化の背後にある物理学の専門知識に頼った.

直感で、パウエルは太陽系外惑星や太陽系外の惑星の雲を研究するために現在使用されている天体物理モデルに変更を加えました。

「このモデルの本当に特別な点は、氷が粒子上でどのように形成されるかについて詳細な物理学を持っていることです」と彼女は説明します。「つまり、氷がどのように小さな粒子に核形成し、次にどのように凝縮するかです。モデルは、氷がどこにあり、どの粒子上にあるか、粒子がどれくらい大きいか、どれくらい小さいか、そしてどのように動き回るかを注意深く追跡します。」

パウエルは、適応モデルを惑星円盤に適用し、惑星の苗床で一酸化炭素が時間の経過とともにどのように進化するかについての詳細な理解を生み出すことを望んでいました. モデルの妥当性をテストするために、パウエルはその後、その出力を、よく研究された 4 つの円盤 (TW Hya、HD 163296、DM Tau、IM Lup) における実際の一酸化炭素のアルマ観測と比較しました。

結果とモデルは非常にうまく機能した、と Powell 氏は言います。

新しいモデルは各観測結果と一致しており、4 つの円盤から実際には一酸化炭素がまったく欠落していないことが示されました。これは、現在望遠鏡では検出できない氷に変化しただけです。

アルマ望遠鏡のような電波観測所では、天文学者は宇宙の一酸化炭素を気相で見ることができますが、現在の技術では氷を検出するのははるかに難しく、特に大きな氷の形成は難しいとパウエル氏は言います。

このモデルは、これまでの考えとは異なり、一酸化炭素が氷の大きな粒子上で、特に 100 万年後に形成されていることを示しています。100 万年より前は、ガス状の一酸化炭素が豊富にあり、円盤内で検出可能でした。

「これにより、氷とガスが円盤内に分布していると考えられていた方法が変わりました」とパウエルは言います。「また、このような詳細なモデリングが、これらの環境の基本を理解するために重要であることも示しています。」

Powell は、NASA の Webb Telescope での観測を使用して、彼女のモデルがさらに検証されることを望んでいます。これは、円盤内の氷を最終的に検出するのに十分強力である可能性がありますが、それはまだわかりません。

相変化とその背後にある複雑なプロセスが大好きなパウエルは、その影響力に畏敬の念を抱いていると言います。「小規模な氷形成の物理学が円盤の形成と進化に影響を与えています。これは本当に素晴らしいことです。」

天体物理学センターについて | ハーバードとスミソニアン

天体物理学センター | Harvard & Smithsonian は、ハーバードとスミソニアンの共同研究で、宇宙の性質に関する人類の最大の未解決の問題に問いかけ、最終的には答えることを目的としています。天体物理学センターはマサチューセッツ州ケンブリッジに本部を置き、米国および世界中に研究施設を持っています。