Chemical evolution of protoplanetary disks: the effect of dust evolution

原行星盘的化学演化：尘埃演化的影响

• 批准号: 21K13967
• 负责人: 古家 健次
• 金额: $ 1.08万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13967/
• 关键词: 原始惑星系円盤; 星間化学; ダスト; ダスト進化

本研究はダストの合体成長進化に伴う原始惑星系円盤の化学進化を明らかにすることを目的とする。その目的のため、本年度は以下のことを行った。(1)昨年度構築した原始惑星系円盤内のダスト沈殿、乱流によるガス・ダストの攪拌効果、気相・固相反応を整合的に解くモデルの結果の解析を進め、得られた知見を学術論文として発表した。主要な成果として、(i)円盤ガスが1 Myr程度のタイムスケールで酸素・炭素に対し相対的に窒素に富んだ組成になること、(ii)ガス・ダストの輸送や気相・固相反応のみでは観測されているような高いC/O比を持つ円盤ガスは実現されないことを明らかにした。(ii)に関しては炭素質ダストの紫外線/X線による破壊により、ダストからガスへと炭素を供給するメカニズムなどが重要である可能性が高く、今後研究を進める必要がある。(2)上述のモデルを同位体化学を考慮できるように拡張し、円盤上層物質の赤道面への輸送が円盤赤道面の水氷同位体組成に与える影響について解析を進めた。(3)ALMA観測により、原始星アウトバースト天体周りの円盤について雪線内側の水のD/H比を初めて測定した。彗星などの異なる進化段階の天体に含まれる水のD/H比と比較することで、彗星や円盤の水は星形成前の分子雲段階で作られたものであることが分かった。結果はNature誌に掲載された。(4)星間化学モデルにおける表面反応の不定性が気相・固相上の化学種の存在量予測にどの程度不定性を与えるかを評価し、その結果を学術論文として出版した。10 K程度の低温であれば水素付加反応が卓越するためモデルの不定性は小さいが、数十Kではラジカル種の拡散速度の不定性が結果の不定性(特に有機分子の組成)に大きく影響することが分かった。

The purpose of this study is とする ダスト <s:1> compound growth and evolution に accompanied by う the chemical evolution of the disk of the primordial galaxy を and ら にする にする とを とを. Youdaoplaceholder0 そ objective ため ため for the current year ため the following とを とを とを lines った. Confused yesterday (1) year build し た original galaxy has drifted back towards &yen; disc の ダ ス ト Shen Dian, turbulence に よ る ガ ス · ダ ス ト の unseen fruit, stir 気 phase, solid instead 応 を integrated に solution く モ デ ル の results ら の analytic を め, れ た knowledge を academic papers と し て 発 table し た. Main な achievements と て て, (i) yen plate ガスが1 Degree of Myr の タ イ ム ス ケ ー ル で acid element, carbon に し phase of seaborne seaborne に に rich ん smothering element of だ に な る こ と, (ii) ガ ス · ダ ス ト の conveying や 気 phase, solid instead 応 の み で は 観 measuring さ れ て い る よ う な い high C/O ratio を hold つ has drifted back towards &yen; disk ガ ス は be presently さ れ な い こ と を Ming ら か に し た. (ii) に masato し て は carbon quality ダ ス ト の uv/X-ray に よ る broken 壊 に よ り, ダ ス ト か ら ガ ス へ と carbon を supply す る メ カ ニ ズ ム な ど が important で あ る high possibility が く, future research を into め る necessary が あ る. (2) the above の モ デ ル を with a body chemistry を consider で き る よ う に company, zhang し, has drifted back towards &yen; plate upper material の equatorial plane へ の conveying が has drifted back towards &yen; plate of equatorial plane の water 氷 with body composition に and え る influence に つ い て parsing を into め た. (3) ALMA 観 measuring に よ り, original star ア ウ ト バ ー ス ト celestial weeks り の has drifted back towards &yen; disk に つ い て snowline medial の water の D/H ratio を early め て determination し た. Comet な ど の different な る evolution Duan Jie の celestial に containing ま れ る water to の D/H ratio と す る こ と で, comets や has drifted back towards &yen; の molecular cloud before は star の water formed Duan Jie で as ら れ た も の で あ る こ と が points か っ た. The results were published in に Nature journal された. Chemistry between (4) star モ デ ル に お け る surface anti 応 の ambiguity が 気 の on phase, solid phase chemical の existence quantity can be に ど の degree with qualitative を え る か を review 価 し, そ の results を academic papers と し て publishing し た. Degree of 10 K の cryogenic で あ れ ば plus the water element 応 が excellence す る た め モ デ ル の ambiguity は small さ い が, dozens of K で は ラ ジ カ ル kind の company spread speed の ambiguity が results の uncertainty (especially に organic molecules of の) に き く influence す る こ と が points か っ た.

项目成果

Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). VII. Substellar O/H and C/H and Superstellar C/O in Planet-feeding Gas

• DOI: 10.3847/1538-4365/ac1435
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: The Astrophysical Journal Supplement Series
• 作者: A. Bosman;Felipe Alarc'on;E. Bergin;Kecheng Zhang;Merel L. R. van’t Hoff;K. Öberg;V. Guzmán;C. Walsh;Y. Aikawa;S. Andrews;J. Bergner;A. Booth;G. Cataldi;L. Cleeves;I. Czekala;K. Furuya;Jane Huang;J. Ilee;C. Law;R. Le Gal;Yao Liu;F. Long;R. Loomis;F. Ménard;H. Nomura;C. Qi;K. Schwarz;R. Teague;T. Tsukagoshi;Yoshihide Yamato;D. Wilner

Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars

富含氘的水将行星形成盘与彗星和原恒星联系在一起

• DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z
• 发表时间: 2023
• 期刊: Nature
• 影响因子: 64.8
• 作者: Tobin John J.;van ’t Hoff Merel L. R.;Leemker Margot;van Dishoeck Ewine F.;Paneque-Carreno Teresa;Furuya Kenji;Harsono Daniel;Persson Magnus V.;Cleeves L. Ilsedore;Sheehan Patrick D.;Cieza Lucas
• 通讯作者: Cieza Lucas

Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). I. Program Overview and Highlights

• DOI: 10.3847/1538-4365/ac1432
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: The Astrophysical Journal Supplement Series
• 作者: K. Öberg;V. Guzmán;C. Walsh;Y. Aikawa;E. Bergin;C. Law;R. Loomis;Felipe Alarcón;S. Andrews

Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (MAPS). XII. Inferring the C/O and S/H Ratios in Protoplanetary Disks with Sulfur Molecules

• DOI: 10.3847/1538-4365/ac2583
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: The Astrophysical Journal Supplement Series
• 作者: R. Le Gal;K. Öberg;R. Teague;R. Loomis;C. Law;C. Walsh;E. Bergin;F. Ménard;D. Wilner

原始惑星系円盤ガスにおける 炭素・窒素・酸素の非一様な枯渇

原行星盘气体中碳、氮和氧的不均匀消耗

• 发表时间: 2022
• 作者: 古家健次;Seokho Lee;野村英子
• 通讯作者: 野村英子