En konstnärs uppfattning om en planetbildande, circumstellar skiva runt en ung stjärna. Astronomer använde ALMA-anläggningen för att studera hur kemin hos flyktiga molekyler - inklusive vatten och kolmonoxid - utvecklas när unga skivor som liknar denna utvecklar planeter, och effekterna av dessa förändringar på de nya planeterna under utveckling. Kredit:Karne L. Teramura, UH IfA
Planeter bildas av gasen och dammet i skivor som omger unga stjärnor. Kemikalier i skivan som lätt avdunstar, kallas flyktiga ämnen, inkluderar viktiga molekyler som vatten, kolmonoxid, kväve, såväl som andra enkla organiska molekyler. Mängden flyktigt material som ackumuleras i en planet när den bildas är en nyckelfaktor för att bestämma planetens atmosfär och lämplighet för liv, och beror på detaljerna i gas- och isreservoarerna i skivan vid tidpunkten för planetbildningen.
Eftersom skivkompositioner utvecklas under skivlivslängder, astronomer som är intresserade av planetsammansättning arbetar hårt för att förstå utvecklingen av skivkemi. De har redan bestämt att vatten och kolmonoxidgas är utarmade i unga system jämfört med deras överflöd i det normala interstellära mediet, ibland med så mycket som en faktor hundra.
Nuvarande tänkande hävdar att detta beror på att de flyktiga ämnena har frusit fast på ytorna av dammkorn som sedan ackumuleras mot skivans kalla mittplan där de förblir frusna. Eftersom varje flyktigt ämne har olika egenskaper, dock, var och en är utarmad i olika utsträckning; syre är det mest utarmade grundämnet, följt av kol och sedan kväve. Denna allmänna ram förklarar observationerna av de få enskilda källor som studerats, men astronomer saknar fortfarande en systematisk bild av hur flyktig kemi utvecklas med tiden.
CfA-astronomerna Karin Oberg, Sean Andrews, Jane Huang, Chunhua Qi, och David Wilner var medlemmar i ett team som använde ALMA-anläggningen för att studera flyktiga ämnen i fem unga diskkandidater. De kombinerade resultaten med data från en tidig studie av fjorton mer utvecklade diskar och modellerade dem för att utveckla en evolutionär syn på flyktig kemi under diskarnas livstid. De drar slutsatsen att kolmonoxiden töms snabbt – under de första 0,5–1 miljon åren av en skivas livstid. De finner också att de yngsta föremålen, de som fortfarande är djupt inbäddade i sitt hölje av förlossningsmaterial, har distinkta kemiska signaturer förmodligen för att molekyler i skivan är avskärmade från den ultravioletta strålningen som kan störa de kemiska bindningarna.
Forskarna överväger också om avdunstning av ismantlarna kan lägga till ingredienser tillbaka till gasen men drar slutsatsen att det fortfarande finns för många osäkerheter kvar för att nå ett definitivt svar och de argumenterar för behovet av ett större urval av unga diskar. Den nya studien är ett betydande framsteg för att förstå utvecklingen av kemin hos unga, planetbildande skivor.