Astronomer observerar ofta kolmonoxid i planetariska plantskolor. Föreningen är ultraljus och extremt vanlig i protoplanetära skivor - områden av damm och gas där planeter bildas runt unga stjärnor - vilket gör den till ett främsta mål för forskare.

Men under det senaste decenniet eller så har något inte stämt när det kommer till kolmonoxidobservationer, säger Diana Powell, en NASA Hubble Fellow vid Center for Astrophysics, Harvard &Smithsonian.

En stor del av kolmonoxid saknas i alla observationer av skivor, om astronomernas nuvarande förutsägelser om dess överflöd är korrekta.

Nu har en ny modell – validerad av observationer med ALMA – löst mysteriet:kolmonoxid har gömt sig i isformationer i skivorna. Fynden beskrivs idag i tidskriften Nature Astronomy .

"Detta kan vara ett av de största olösta problemen i planetbildande skivor", säger Powell, som ledde studien. "Beroende på systemet som observerats är kolmonoxid tre till 100 gånger mindre än det borde vara; det minskar verkligen med enorma mängder."

Och felaktigheter i kolmonoxid kan få enorma konsekvenser för området astrokemi.

"Kolmonoxid används i huvudsak för att spåra allt vi vet om skivor - som massa, sammansättning och temperatur," förklarar Powell. "Detta kan innebära att många av våra resultat för diskar har varit partiska och osäkra eftersom vi inte förstår sammansättningen tillräckligt bra."

Intresserad av mysteriet tog Powell på sig sin detektivhatt och stödde sig på sin expertis inom fysiken bakom fasförändringar – när materia förvandlas från ett tillstånd till ett annat, som en gas som förändras till en fast substans.

På en gissning gjorde Powell ändringar i en astrofysisk modell som för närvarande används för att studera moln på exoplaneter, eller planeter bortom vårt solsystem.

"Det som verkligen är speciellt med den här modellen är att den har detaljerad fysik för hur is bildas på partiklar", förklarar hon. "Så hur is bildar kärnor på små partiklar och sedan hur den kondenserar. Modellen spårar noggrant var isen finns, på vilken partikel den ligger, hur stora partiklarna är, hur små de är och sedan hur de rör sig."

Powell tillämpade den anpassade modellen på planetskivor, i hopp om att skapa en djupgående förståelse för hur kolmonoxid utvecklas över tiden i planetariska plantskolor. För att testa modellens giltighet jämförde Powell sedan dess utdata med verkliga ALMA-observationer av kolmonoxid i fyra väl studerade diskar – TW Hya, HD 163296, DM Tau och IM Lup.

Resultaten och modellerna fungerade riktigt bra, säger Powell.

Den nya modellen stod i linje med var och en av observationerna och visade att de fyra skivorna faktiskt inte saknade kolmonoxid alls – den hade precis förvandlats till is, som för närvarande inte går att upptäcka med ett teleskop.

Radioobservatorier som ALMA tillåter astronomer att se kolmonoxid i rymden i gasfas, men is är mycket svårare att upptäcka med nuvarande teknologi, särskilt stora isformationer, säger Powell.

Modellen visar att till skillnad från tidigare tänk så bildas kolmonoxid på stora ispartiklar – särskilt efter en miljon år. Före en miljon år är gasformig kolmonoxid riklig och detekterbar i skivor.

"Detta förändrar hur vi trodde att is och gas distribuerades i skivor," säger Powell. "Det visar också att detaljerad modellering som denna är viktig för att förstå grunderna i dessa miljöer."

Powell hoppas att hennes modell kan valideras ytterligare med observationer med NASA:s Webb-teleskop – som kan vara tillräckligt kraftfullt för att äntligen upptäcka is i diskar, men det återstår att se.

Powell, som älskar fasförändringar och de komplicerade processerna bakom dem, säger att hon är vördnadsfull för deras inflytande. "Småskalig isbildningsfysik påverkar skivbildning och evolution - nu är det riktigt coolt." + Utforska vidare

Den utvecklande kemin hos protoplanetära skivor