Przejdź do treści

Sprawa brakującego tlenku węgla

Wizja artystyczna dysku protoplanetarnego

Planety rozpoczynają swoje życie w dyskach okołogwiazdowych złożonych z gazu i materii, więc zrozumienie tych tzw. dysków protoplanetarnych jest kluczem do zrozumienia procesów formowania się planet. Jedną z interesujących cech dysków protoplanetarnych jest to, że zawierają mniej tlenku węgla niż typowy ośrodek międzygwiezdny. Kiedy i jak powstaje ten deficyt?

Tlenek węgla (CO) jest jednym z najczęściej występujących w kosmosie związków i może być wykorzystany do śledzenia innych związków chemicznych wraz ze strukturą i rozkładem masy obiektów. Wydaje się jednak, że dyskom protoplanetarnym brakuje CO w zaskakującym stopniu w stosunku do ośrodka międzygwiezdnego. Tlenek węgla może zostać zniszczony przez procesy chemiczne lub zamrożony ze stanu gazowego, ale te same mechanizmy nie są w stanie wyjaśnić deficytu CO widocznego w dyskach protoplanetarnych.

Dyski protoplanetarne są rozwiniętą formą dysków protogwiazdowych, które powstają, gdy obłok gazu zapada się, by urodzić gwiazdę. Czy tlenek węgla może rozproszyć się na tym wcześniejszym etapie dysku protogwiazdowego? A może do jego wyczerpania dochodzi tylko wtedy, gdy dysk jest starszy?

To pytanie uzasadniło ostatnie badanie przeprowadzone przez grupę naukowców pod kierownictwem Ke Zhang (University of Michigan). Zhang i jej współpracownicy wykorzystali obserwacje radiowe trzech młodych (mających mniej niż milion lat) dysków protogwiazdowych aby zmierzyć ich poziom CO i porównać je z typowym ośrodkiem międzygwiezdnym.

Naukowcy wybrali dyski na podstawie tego, czy ich strukturę można zobaczyć w obserwacjach radiowych. Szukali trzech różnych form tlenku węgla, które łącznie z modelami mogłyby badać zawartość CO w całym dysku. Do dopasowania dysków zastosowano różne modele, z dostosowaniem takich parametrów, jak stosunek gazu do pyłu i poziomy wodoru molekularnego.

Zespół stwierdził, że zawartość CO we wszystkich trzech dyskach protogwiazdowych jest podobna do zawartości w ośrodku międzygwiezdnym. To stawia je na wyższym poziomie w stosunku do dysków starszych niż milion lat.

Co to oznacza dla problemu braku CO? Wydaje się, że spadek tlenku węgla występuje po około milionie lat. Oznacza to, że proces zubożenia CO przebiega dość szybko – w skali astronomicznej – i nakłada ścisłe ograniczenia na odpowiedzialne za nie mechanizmy, a także ogranicza zubożenie w dysku a nie w otaczającej powłoce opadającego gazu.

Rozwiązanie zagadki może wymagać zbadania kombinacji procesów fizycznych i chemicznych, a także obserwacji większej próbki dysków protogwiazdowych. Tak czy inaczej, CO nadal jest użyteczną molekułą do znajdowania (lub nie znajdowania) w kosmosie!

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
The Case of the Missing CO

Rapid Evolution of Volatile CO from the Protostellar Disk Stage to the Protoplanetary Disk Stage

Źródło: AASNova

Na ilustracji: Wizja artystyczna dysku protoplanetarnego. Źródło: ESO/L. Calçada