Komunikat prasowy

Pierwsza detekcja metanolu w dysku, w którym powstają planety

15 czerwca 2016

Cząsteczka organiczna alkoholu metylowego (metanolu) została odnaleziona przez Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) w dysku protoplanetarnym wokół TW Hydrae. Jest to pierwsza detekcja tego typu składnika w młodym dysku, w którym powstają planety. Metanol jest jak dotąd jedyną złożoną molekułą organiczną wykrytą w dyskach, która jednoznacznie … w formie lodu. Wykrycie metanolu pomoże astronomom zrozumieć procesy chemiczne, które zachodzą podczas powstawania systemów planetarnych i które ostatecznie prowadzą do wytworzenia składników niezbędnych dla życia.

Dysk protoplanetarny wokół młodej gwiazdy TW Hydrae jest najbliższym znanym przykładem tego typu dysku względem Ziemi. Znajduje się w odległości zaledwie około 170 lat świetlnych. W związku z tym jest idealnym celem dla astronomów zajmujących się dokładnymi badaniami dysków. System dobrze odzwierciedla to co astronomowie sądzą o wyglądzie Układu Słonecznego podczas jego powstawania ponad cztery miliardy lat temu.

Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) jest najpotężniejszym istniejącym obserwatorium do wykonywania map składu chemicznego i rozmieszczenia zimnego gazu w pobliskich dyskach. Te unikatowe zdolności zostały wykorzystane przez grupę astronomów, którą prowadziła Catherine Walsh (Leiden Observatory, Holandia), aby zbadać chemię dysku protoplanetarnego TW Hydrae.

Obserwacje ALMA po raz pierwszy ukazały w dysku protoplanetarnym ślady gazowego alkoholu metylowego, zwanego też metanolem (CH₃OH). Metanol, pochodna metanu, jest jedną z największych molekuł organicznych wykrytych jak dotąd w dyskach. Zidentyfikowanie jego występowania w obiektach przed planetarnych jest ważnym krokiem w zrozumieniu, w jaki sposób molekuły organiczne weszły w skład przyszłych planet.

Co więcej, metanol sam w sobie jest składnikiem budulcowym bardziej złożonych cząsteczek, fundamentalnie ważnych prebiotycznie, takich jak składniki aminokwasów. W efekcie, metanol odgrywa kluczową rolę w tworzeniu bogatej chemii organicznej potrzebnej dla życia.

Catherine Walsh, główna autorka badań, wyjaśnia: „Odnalezienie metanolu w dysku protoplanetarnym pokazuje unikatowe zdolności ALMA do badania rezerwuaru złożonych organicznych lodów w dyskach. Po raz pierwszy pozwala nam na spojrzenie wstecz w czasie na źródła chemicznej złożoności w planetarnych matecznikach wokół młodych gwiazd podobnych do Słońca.”

Gazowy metanol w dysku protoplanetarnym jest niezwykle ważny dla astrochemii. O ile inne cząsteczki wykrywane w kosmosie powstają samodzielnie w stanie gazowym, albo w kombinacji stanów gazowego i stałego, to metanol jest złożoną cząsteczką organiczną, która formuje się wyłącznie w stanie stałym (w formie lodu) poprzez reakcje na powierzchniach ziaren pyłu.

Ostry obraz z ALMA pozwolił astronomom także na wykonanie mapy rozmieszczenia gazowego metanolu w dysku TW Hydrae. Jako dodatek do znaczącej emisji blisko gwiazdy centralnej, naukowcy odkryli też wzór podobny do pierścienia [1].

Obserwacje metanolu w stanie gazowym, w połączeniu z informacjami o jego rozmieszczeniu, wskazują, że metanol uformował się na lodowych ziarnach pyłu, a następnie został uwolniony do postaci gazowej. Te pierwsze obserwacje pomagają wyjaśnić zagadkę przejścia metanolu pomiędzy stanami lodowym-gazowym [2], a bardziej ogólnie – także procesy chemiczne w środowiskach astrofizycznych [3].

Ryan A. Loomis, współautor badań, dodaje: „Metanol w stanie gazowym w dysku jest jednoznacznym wskaźnikiem bogatych procesów chemii organicznej na wczesnym etapie powstawania gwiazdy i planet. Wynik ten ma wpływ na nasze zrozumienie, w jaki sposób zachodzi akumulacja materii organicznej w bardzo młodych systemach planetarnych.”

Pierwsza udana detekcja zimnego metanolu w stanie gazowym w dysku protoplanetarnym oznacza, że można będzie badać chemię lodów w dyskach, przecierając szlaki dla przyszłych badań złożonej chemii organicznej w miejscach narodzin planet. W swoich łowach na nadające się do życia egzoplanety astronomowie uzyskali nowe, potężne narzędzie.

Uwagi

[1] Odzwierciedleniem wzoru obserwowanego w danych ALMA jest pierścień metanolu pomiędzy 30, a 100 jednostkami astronomicznymi (au). Zidentyfikowana struktura jest zgodna z hipotezą, że większość zasobów lodu w dysku znajduje się na większych (do rozmiarów milimetrowych) ziarnach pyłu, rozmieszczonych w wewnętrznych 50 au, które zostały oddzielone od gazu i dryfowały radialnie do wewnątrz, w kierunku gwiazdy.

[2] W niniejszych badaniach, zamiast termicznej desorpcji (uwalniania metanolu w temperaturach wyższych niż jego temperatura sublimacji), zespół sugeruje i analizuje inne mechanizmy, w tym fotodesorpcję spowodowaną fotonami ultrafioletowymi oraz desorpcję reaktywną. Bardziej szczegółowe obserwacje z ALMA pomogą definitywnie ustalić jeden ze scenariuszy.

[3] Radialna zmienność składników chemicznych w środkowej płaszczyźnie dysku oraz specyficzne położenie linii śniegu są kluczowe do zrozumienia chemii powstających planet. Linia śniegu wyznacza graniczę poza którą poszczególne lotne związki chemiczne są zamrożone na ziarnach pyłu. Wykrycie metanolu w chłodniejszych obszarach dysku pokazuje, że jest on w stanie uciekać z ziaren w temperaturach znacznie niższych niż swoja temperatura sublimacji potrzebna do uruchomienia dermicznej desorpcji.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, Catherine Walsh et al., opublikowanym w Astrophysical Journal, tom 823, numer 1.

Skład zespołu badawczego: Catherine Walsh (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Holandia), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mihkel Kama (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Holandia), Merel L. R. van't Hoff (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Holandia), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Wielka Brytania), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japonia), Eric Herbst (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), Susanna L. Widicus Weaver (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, Georgia, USA) oraz Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Institute of Technology, Tokio, Japonia).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) to międzynarodowy projekt badawczy realizowany we współpracy pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, przy udziale Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Budowa i użytkowanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej i przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia połączone kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Wcześniejsze obserwacje ALMA dotyczące składników organicznych w dyskach
• Zdjęcia ALMA
• Inne komunikaty prasowe dotyczące ALMA

Kontakt

Catherine Walsh
Leiden Observatory
Leiden University, The Netherlands
Tel.: +31 71527 ext 6287
E-mail: cwalsh@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych