一颗恒星的原始行星盘早期化学形成生命友好的大气

点击次数:9   更新时间:2018-05-20   【关闭

一项新的研究表明,一颗恒星原行星盘的化学成分可能影响行星大气层的后期组成。 /

生于一片瓦斯和瓦砾中,行星最终会聚集在一起,成为更大更大的尘埃和岩石块。它们可能距离我们有数百光年,但天文学家可以在它们形成时观看这些行星。

一个主要兴趣点是在行星系统形成之前围绕恒星形成的碎石的化学性质,被称为原行星盘。

漂浮在光盘中的气体分子最终可能成为行星大气层的一部分。如果这些分子含有氧或氮,则生命友好行星形成的可能性增加。

“想想这些光盘的分子组成是非常有趣的,”荷兰莱顿天文台的天文学家凯瑟琳沃尔什说。 “这些光盘中的分子将构成行星大气中的分子,以及彗星等星子。”

沃尔什领导了一项新研究,“原行星盘中的复杂有机分子”,于2014年2月在“天文学和天体物理学”杂志上发表。在这项研究中,天文学家模拟了原行星系统中复杂分子的形成过程,希望能更好地理解他们的观测结果。

寻求高清观测

原行星盘中的分子以毫米和亚毫米频率的光发射它们的光,这些光在射电望远镜和红外望远镜的观测范围之间。然而,直到最近,还没有几个天文台专门为这种特定的光谱带提供了查看复杂分子的必要能力。

沃尔什说:“迄今为止,已经做了很多工作,主要是单碟亚毫米望远镜。

虽然任何观察都很有帮助,但单一碟子意味着天文学家无法获得高空间分辨率和灵敏度,他们需要看到更复杂的分子。然而,这在2013年发生了变化,当时智利的阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)首次亮起。

天文台 - 被描述为目前存在的最大的天文学项目 - 最终将包括位于5000米高度的66个天线,这使得它位于大部分阻挡毫米光到达地面的大气层。

“这实际上是分子天体物理学中的下一个重大事件,而ALMA将给我们提供数量级(改进)的灵敏度,”沃尔什说。

虽然她的团队已经提交了使用巨型阵列检查分子的提案,但望远镜的普及(带来许多相互竞争的提议)意味着她不确定它们是否会成功。

如果他们确实设法得到时间的话,天文学家将不得不迅速地发表他们的结果。

“一个很大的好处是所有的ALMA数据将在一年后公开发布。我们最终会拥有这个庞大的档案。任何人都可以访问这些数据并用这些数据发布科学,“沃尔什说。

先看哪里?

复杂分子被认为是益生元化学的“前体”,或者是产生生命所需条件的化学物质。

1952年,一个着名的益生元化学实例发生在1952年,当时科学家斯坦利米勒和哈罗德C.乌里把甲烷,氢气,氨和水蒸气的气体形式放入一个密封的容器中,然后用电(雷电模拟) 。在这样做了一个星期之后,容器壁上的有机污泥含有几种今天生活中使用的氨基酸。

沃尔什说,问题是原行星盘中存在哪些复杂的分子,并且ALMA能够看到它们?复杂的分子不仅是潜在的生命前兆,而且它们被认为形成的冰也起到了尘埃粒子粘合在一起形成行星的凝固剂的作用。

她的团队的论文模仿了T Tauri型恒星周围的环境,这是年轻恒星在成为像我们自己的太阳之类的明星之前所经历的阶段。与年龄较大的恒星不同,这些物体发出的光线来自于引力收缩,因为恒星从周围的光盘中吸收物质。

沃尔什的团队使用计算来生成光盘模型,重点关注紫外线的温度,密度,结构和强度。然后他们用这个模型来计算化学反应。掌握了这些信息后,他们进行了另一套计算,以预测ALMA能够看到什么。

从远处可以看到分子,因为它们的旋转会产生独特的光谱,或从地球可以看到的线状放射。该模型预测甲醛是一种含有四个原子的分子,这是一件好事,因为结果证实了以前对原行星盘的观察结果。然而,天文学家希望找到一种更复杂的分子,如甲醇,甲烷的衍生物,它在地球上是由细菌自然产生的。在太空中,甲醇的形成稍有不同:它是一氧化碳的衍生物。

在原行星盘中还没有看到甲醇。分子越复杂,其光谱在望远镜中出现的亮度就越差,使其难以发现。然而,沃尔什说,她确信ALMA望远镜能够完成发现甲醇的任务,这是“复杂性的第一步”,这可能导致发现更复杂的分子,同时含有氧气和氮气。

如果发现甲醇,下一步就是看它发生的位置并研究它的形成方式。很可能,分子将在尘埃颗粒的表面上形成,因为复杂的分子由于空间中气体密度低而被认为具有低效的气相形成路线以形成。

接下来的研究步骤是在原行星盘中找到甘氨酸 - 最简单的氨基酸和蛋白质构建块。沃尔什将甘氨酸定性为研究的“圣杯”,并将其“益生元意义”视为生命的基石之一。但是ALMA能检测甘氨酸吗?

“我喜欢在谨慎的一面犯错,”她说。 “这可能超出了望远镜的能力。”

但是,她补充说,再一次,很难预测未来有哪些技术可用。

一种可能性是方形公里阵,这是一套在澳大利亚和南非建造的射电望远镜,因其收集面积大约为一平方公里(0.4英里)而得名。望远镜的构建计划于2018年开始,到2020年中期完成。

该阵列将拾取一组具有比ALMA更长波长和更低频率的复杂分子。

“我们可以看到更多的益生元分子具有类似于平方千米阵列的东西,”她补充说。

沃尔什说,了解更多关于这些复杂分子的知识还将教会我们在行星形成过程中可用的成分,这将有助于天文学家了解地球的分子组成和其他太阳系行星是如何形成的。

“我们现在已经看到了数以千计的系外行星,我们知道行星的形成是无处不在的,”她说。 “我们现在知道宇宙中的行星比星星多得多,并且有很多恒星(要研究)。 (研究)这个(原行星际)阶段有很多事要做。“

出版物:Catherine Walsh等人,“原行星盘中的复杂有机分子”,A&A,第563卷,2014; DOI:10.1051 / 0004-6361 / 201322446

PDF研究副本:原行星盘中的复杂有机分子

来源:伊丽莎白霍威尔,天体生物学杂志

图片:NASA / FUSE / Lynette Cook; ALMA(ESO / NAOJ / NRAO)/ B。 Tafreshi(twanight.org)