Fördelningen av damm visas i orange och fördelningen av metanol, en organisk molekyl, visas i blått. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Lee et al.V883Ori
Astronomer som använder ALMA har upptäckt komplexa organiska molekyler runt den unga stjärnan V883 Ori. Ett plötsligt utbrott från denna stjärna frigör molekyler från de isiga föreningarna i den planetbildande skivan. Skivans kemiska sammansättning liknar den hos kometer i det moderna solsystemet. Känsliga ALMA-observationer gör det möjligt för astronomer att rekonstruera utvecklingen av organiska molekyler från solsystemets födelse till de objekt vi ser idag.
Forskargruppen ledd av Jeong-Eun Lee (Kyung Hee University, Korea) använde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för att detektera komplexa organiska molekyler inklusive metanol (CH 3 ÅH), aceton (CH 3 COCH 3 ), acetaldehyd (CH 3 CHO), metylformiat (CH 3 OCHO), och acetonitril (CH 3 CN). Detta är första gången som aceton otvetydigt upptäcktes i en planetbildande region eller protoplanetarisk skiva.
Olika molekyler är frusna i is runt mikrometerstora dammpartiklar i protoplanetära skivor. V883 Oris plötsliga uppflammning värmer upp skivan och sublimerar isen, som släpper ut molekylerna till gas. Området i en skiva där temperaturen når sublimeringstemperaturen för molekylerna kallas "snölinjen". Snölinjernas radier är ungefär några astronomiska enheter (au) runt normala unga stjärnor, dock, de är förstorade nästan 10 gånger runt sprickande stjärnor.
"Det är svårt att avbilda en skiva i skalan av några få au med nuvarande teleskop, " sade Lee. "Men, runt en utbrottsstjärna, is smälter i ett större område av skivan och det är lättare att se fördelningen av molekyler. Vi är intresserade av distributionen av komplexa organiska molekyler som livets byggstenar."
Den yttre delen av skivan är kall och dammpartiklar är täckta med is. ALMA upptäckte olika komplexa organiska molekyler runt snögränsen av vatten i skivan. Kredit:National Astronomical Observatory of Japan
Is, inklusive frysta organiska molekyler, kan vara nära relaterat till livets ursprung på planeter. I vårt solsystem, kometer är i fokus på grund av deras rika isiga föreningar. Till exempel, Europeiska rymdorganisationens legendariska kometutforskare Rosetta hittade rik organisk kemi kring kometen Churyumov-Gerasimenko. Kometer tros ha bildats i det yttre kallare området av proto-solsystemet, där molekylerna fanns i is. Att undersöka den kemiska sammansättningen av is i protoplanetära skivor är direkt relaterat till att undersöka ursprunget för organiska molekyler i kometer, och ursprunget till livets byggstenar.
Tack vare ALMA:s skarpa sikt och den förstorade snögränsen på grund av stjärnans blossande, astronomerna fick den rumsliga fördelningen av metanol och acetaldehyd. Fördelningen av dessa molekyler har en ringliknande struktur med en radie på 60 au, som är dubbelt så stor som Neptunus bana. Forskarna antar att inuti denna ring är molekylerna osynliga eftersom de är skymd av tjockt dammigt material, och är osynliga utanför denna radie eftersom de är frusna i is.
"Eftersom steniga och isiga planeter är gjorda av fast material, den kemiska sammansättningen av fasta ämnen i skivor är av särskild betydelse. Ett utbrott är en unik chans att undersöka färska sublimater, och därmed sammansättningen av fasta ämnen, säger Yuri Aikawa vid University of Tokyo, en medlem av forskargruppen.
Schematisk illustration av sammansättningen av protoplanetära skivor i normalt tillstånd och utbrottsfas. V883 Ori upplever ett FU Orionis-utbrott och ökningen av disktemperaturen pressar snögränsen utåt, vilket gör att olika molekyler som finns i is släpps ut i gas. Kredit:National Astronomical Observatory of Japan
V883 Ori är en ung stjärna som ligger 1300 ljusår från jorden. Denna stjärna upplever ett så kallat FU Orionis-utbrott, en plötslig ökning av ljusstyrkan på grund av en sprängande ström av material som strömmar från skivan till stjärnan. Dessa utbrott varar bara i storleksordningen 100 år. Därför, chansen att observera en explosion är ganska sällsynt. Dock, eftersom unga stjärnor med ett brett spektrum av åldrar upplever FU Ori-sprängningar, astronomer förväntar sig att kunna spåra isens kemiska sammansättning under hela utvecklingen av unga stjärnor.
Dessa observationsresultat publiceras som Lee et al. "Issammansättningen i skivan runt V883 Ori avslöjad av dess stjärnutbrott" i Natur astronomi den 4 februari, 2019.
