eso1619ru — Научный релиз

В протопланетном диске впервые обнаружен метиловый спирт

15 июня 2016 г.

При помощи телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) зарегистрировано присутствие органических молекул метилового спирта (метанола) в протопланетном диске вокруг звезды TW Гидры. Это первое обнаружение данного химического соединения в молодом протопланетном диске. Метанол, единственная сложная органическая молекула, уверенно зарегистрированная в таких дисках, может образовываться только в ледяной фазе, а значит, имел место ее переход в газообразное состояние. Открытие поможет астрономам понять химические процессы, происходящие при образовании планетных систем и в конечном счете приводящие к зарождению жизни.

Протопланетный диск вокруг молодой звезды TW Hydrae – ближайший к нам из известных объектов этого типа. Расстояние до него всего около 170 световых лет, поэтому он является идеальной мишенью для астрономов, изучающих такие диски. Считается, что четыре с лишним миллиарда лет назад примерно так же выглядел протопланетный диск, из которого впоследствии образовалась Солнечная система.

Антенная решетка ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) – самый мощный на Земле астрономический инструмент для исследования химического состава и пространственного распределения холодного газа в близкорасположенных околозвездных дисках. Уникальные параметры этого телескопа были использованы группой астрономов под руководством Кэтрин Уэлш (Catherine Walsh) из Лейденской обсерватории в Нидерландах для исследования химических свойств протопланетного диска TW Гидры.

Наблюдения на телескопе ALMA впервые выявили присутствие в протопланетном диске газообразного метилового спирта – метанола (CH3OH). Метанол, производная метана – одно из самых сложных органических соединений, зарегистрированных в дисках. Обнаружение ее присутствия в протопланетных объектах – важная веха на пути понимания того, как именно органические молекулы появляются на зарождающихся планетах.

Более того, метанол является строительным блоком для более сложных образований, имеющих фундаментальное значение для зарождения жизни, таких, как сложные аминокислоты. Таким образом, метанол играет важнейшую роль в формировании органических соединений, необходимых для возникновения жизни.

Кэтрин Уэлш, ведущий автор работы, объясняет: Обнаружение метанола в протопланетном диске демонстрирует уникальную способность телескопа ALMA анализировать состав запасов сложных органических льдов в дисках. С помощью ALMA мы впервые смогли заглянуть в прошлое, в эпоху происхождения химического разнообразия, существовавшего в планетных «яслях» в окрестностях молодой солнцеподобной звезды.”

Присутствие газообразного метанола в протопланетном диске имеет ключевое значение для астрохимии. В то время, как другие соединения, обнаруживаемые в космосе, образуются только в рамках химии газов, или в результате сочетания газообразного и твердого состояния вещества, метанол является сложным органическим соединением, которое образуется только в ледяной фазе в результате реакций на поверхности пылевых зерен.

Огромная разрешающая способность телескопа ALMA позволила исследователям составить карту распределения газообразного метанола по диску TW Hydrae. На этой карте, кроме значительного сгущения в центральной зоне диска, выявилась и кольцеобразная структура [1].

Наблюдения газообразного метанола в сочетании с информацией о его распределении приводят к выводу, что метанол образовался на ледяных зернах в диске и затем постепенно перешел в газообразное состояние. Таким образом, эти наблюдения впервые дают ключ к проблеме перехода метанола от ледяной к газовой фазе [2], а в более общем смысле – к пониманию химических процессов в астрофизических средах [3].

Соавтор работы Райан Лумис (Ryan A. Loomis) добавляет: Газообразный метанол в диске является однозначным индикатором сложных органических химических процессов на ранних стадиях образования звезд и планет. Полученный результат важен для понимания того, как в очень молодых планетных системах накапливается органическое вещество.

Первый случай регистрации холодного газообразного метанола в протопланетном диске означает, что в дисках теперь возможны исследования химии льдов, а это открывает путь к изучению сложных органических соединений в местах рождения планет. Астрономы получили новый мощный инструмент исследования зарождения жизни на экзопланетах.

Примечания

[1] Наблюдения на телескопе ALMA указывают на повышенную концентрацию метанола в кольце между 30 и 100 астрономическими единицами (а.е.) от центральной звезды. Такая структура согласуется с гипотезой, что основная масса льда в диске сосредоточена в крупных (размером до миллиметра) пылевых зернах в пределах 50 а.е. от центральной звезды, отделившихся от газовой части диска и сконцентрировавшхся в окрестности звезды.

[2] В данном исследовании в качестве альтернативы к механизму тепловой десорбции (когда метанол переходит в газообразную фазу при температурах, превышающих его температуру сублимации) предлагаются и другие механизмы, в том числе фотодесорбция ультрафиолетовыми фотонами и реактивная десорбция. Для того, чтобы предпочесть один из этих сценариев остальным, необходимы более детальные наблюдения на ALMA.

[3] Радиальные вариации химического состава в срединной плоскости диска, и в частности положение «линий снега», имеют принципиальное значение для понимания химии новорожденных планет. «Линии снега» отмечают границу, за которой определенное летучее химическое соединение смерзается в пылевые частицы. Регистрация метанола в более холодных внешних областях диска показывает, что это вещество способно испаряться с поверхности частиц при температурах гораздо более низких, чем его температура сублимации, необходимая для запуска механизма тепловой десорбции.

Узнать больше

Результаты работы представлены в статье “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, Catherine Walsh  и др., публикуемой в Astrophysical Journal, Volume 823, Number 1.

Состав исследовательской группы: Catherine Walsh (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands), 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, The Netherlands), Merel L. R. van't Hoff (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, UK), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan), 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) и Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan).

Атакамская Большая Миллиметровая / субмиллиметровая решетка ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), международный астрономический инструмент – совместный проект ESO, Национального научного фонда США NSF (U.S. National Science Foundation) и Национального института естественных наук Японии NINS (National Institutes of Natural Sciences) в кооперации с Республикой Чили. Работа обсерватории ALMA финансируется ESO (представляющей объединенные интересы своих стран-участниц), фондом NSF совместно с Национальным советом по научным исследованиям Канады NRC (National Research Council) и Национальным советом по науке Тайваня NSC (National Science Council), а также NINS в кооперации с тайваньской Academia Sinica (AS) и Корейским институтом астрономии и космических исследований KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute). Строительство и эксплуатация телескопа ALMA осуществляются: ESO, представляющей интересы своих стран-участниц, Национальной радиоастрономической обсерваторией США NRAO (National Radio Astronomy Observatory), управляемой компанией Associated Universities, Inc. (AUI), представляющей Северную Америку и Национальной астрономической обсерваторией Японии NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), представляющей Восточную Азию. Общее управление строительством, тестированием и эксплуатацией ALMA осуществляется в рамках JAO: Объединенной обсерватории ALMA (Joint ALMA Observatory).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой передовой в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный для обзоров неба в видимом свете. ESO является европейским партнером крупнейшего астрономического проекта современности – системы радиотелескопов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – 39-метрового Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-812-363-7786
Сотовый: +7-911-212-2130
Email: km@gao.spb.ru

Catherine Walsh
Leiden Observatory
Leiden University, The Netherlands
Телефон: +31 71527 ext 6287
Email: cwalsh@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1619.

О релизе

Релиз №:eso1619ru
Название:TW Hydrae
Тип:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Protoplanetary
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2016ApJ...823L..10W

Изображения

Диск вокруг молодой звезды TW Гидры: глазами художника
Диск вокруг молодой звезды TW Гидры: глазами художника
Artist’s impression of the disc around the young star TW Hydrae
Artist’s impression of the disc around the young star TW Hydrae
только на английском
Изображение диска вокруг молодой звезды TW Гидры, полученное телескопом ALMA
Изображение диска вокруг молодой звезды TW Гидры, полученное телескопом ALMA

Видео

Диск вокруг молодой звезды TW Гидры: глазами художника
Диск вокруг молодой звезды TW Гидры: глазами художника
Метанол вокруг молодой звезды TW Hydrae
Метанол вокруг молодой звезды TW Hydrae

Также смотрите наши