惑星の方位角 C/O の変動 - 杭州PVヒューズ有限公司

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巨大惑星の大気中の元素の炭素対酸素比 (C/O) は、原始惑星系円盤におけるその惑星の形成史を診断する有望な手法です。惑星大気中のC/O比を測定する系外惑星コミュニティの取り組みと並行して、円盤の観測的および理論的研究は、気相のC/O比が半径方向の位置と円盤間の両方でどのように変化するかを理解することにますます焦点を当てています。これは主に、CO や H2O などの主要な揮発性キャリアのアイスラインに関係しています。アルマ望遠鏡によるCSとSOの観測を用いて、HD 100546の周囲の原始惑星系円盤における全く予期せぬタイプのC/O変動の証拠を発見した。これは、典型的な酸素支配比（C/O ≈ 0.5）から方位角の変動である。炭素主体の比率 (C/O ≳ 1.0)。我々は、CS 分子と SO 分子の両方の空間分布と独特の線運動学が、C/O 比の方位角の変化によってよく説明できることを示します。我々は、そのような化学的二分法を引き起こす可能性のあるシャドーイングメカニズムを提案します。私たちの結果は、大気中のC/O比を用いて巨大系外惑星の形成史を追跡するには、惑星の降着帯における時間依存の方位角C/O変動を考慮する必要があることを示唆している。

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ここに示されているデータは、ALMA サイクル 4 プログラム 2016.1.01339.S (主任研究員 M. Kami) からのものです。生データはアルマ望遠鏡アーカイブから公開されています。縮小されたデータと最終的な画像生成物は、責任著者からの合理的な要求に応じて入手可能です。

ALMA データは、https://casa.nrao.edu/ で入手可能な CASA バージョン 5.6.1-8 を使用して削減されました。 DALI 物理化学ディスクモデルからの出力は、https://doi.org/10.5281/zenodo.7734194 で入手できます。

この論文の訂正が公開されました: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01984-0

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アルマ望遠鏡 870 μm 連続体データを共有してくださった D. Fedele に感謝します。 LK は、科学技術施設評議会 (STFC) の学生制度を通じた資金提供を認めています。 EFvD は、A-ERC 助成契約番号によってサポートされています。 101019751 モルディスク。 MND は、スイス国立科学財団 (SNSF) の Ambizione 助成金番号を承認しました。 180079、宇宙居住可能性センター (CSH) フェローシップ、および IAU グルーバー財団フェローシップ。 CW は、リーズ大学、科学技術施設評議会、英国研究イノベーションからの財政的支援に感謝します (助成金番号 ST/T000287/1 および MR/T040726/1)。

ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン物理学および天文学部、ロンドン、英国

ルーク・キート、ミケル・カマ、ジョナサン・ローリングス

タルトゥ天文台、トーラヴェレ、エストニア

マイケル・カーマ

ライデン天文台、ライデン大学、ライデン、オランダ

アリス S. ブース & ユワイン F. ヴァンディスショック

ミシガン大学天文学部、米国ミシガン州アナーバー

エドウィン・A・バーギン

バージニア大学天文学部、米国バージニア州シャーロッツビル

L・イルセドール・クリーブス

マックス・プランク地球外物理学研究所 (MPE)、ガルヒング、ドイツ

ユワイン・F・ヴァン・ディショック

宇宙と居住可能性センター、ベルン大学、ベルン、スイス

マリア・N・ドロズドフスカヤ

国立天文台、三鷹市

Kenji Furuya

ケンブリッジ大学地球科学部および天文学研究所、ケンブリッジ、英国

オリバー・ショートル

リーズ大学物理天文学部（英国リーズ）

キャサリン・ウォルシュ

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LK は ACA CS データを縮小し、化学モデルを実行し、データとモデルの両方の分析を実行して、原稿を書きました。 MK は、データとモデルの両方の分析、独自の研究コンセプト、原稿の執筆に貢献し、ACA データの提案を主導しました。 ASB は ALMA SO データを提供し、原稿の執筆に貢献しました。 EAB、LIC、EFvD、MND、KF、JR、OS、および CW が原稿の執筆に貢献しました。

ルーク・キートへの手紙。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Astronomy は、この研究の査読に貢献してくれた Zhaohuan Zhu、Rebecca Nealon、Alison Young に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

各パネルには、25% および 75% の線発光 (白) を表す等高線が重ねられた存在量マップが表示されます。上の行: C/O=0.5 領域 (左) および C/O>1 領域 (右) からの CS 7-6 発光。下の行: C/O=0.5 領域 (左) および C/O>1 領域 (右) からの SO 77 − 66 + 78 − 67 放出。

上の行: 位置 ϕ = 0 を中心とした、ウェッジサイズ (θ) の変化に関する SO 77 − 66 + 78 − 67 (左) および CS 7-6 (右) スペクトル。下のパネル: SO 77 − 66 + 78 − 67 (固定角度サイズ θ = 60∘ の場合の、ウェッジ位置 (ϕ) の変化に関する左および CS 7-6 (右) スペクトル。

左上: ガス数密度。左下：ダスト数密度。右上: ガス温度。右下：粉塵温度。

補足図。 1 ～ 4、表 1 ～ 4、およびディスカッション 1 および 2。

転載と許可

Keyte, L.、Kama, M.、Booth, AS 他惑星形成円盤の方位角 C/O の変動。ナット・アストロン（2023）。 https://doi.org/10.1038/s41550-023-01951-9

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受領日: 2022 年 10 月 31 日

受理日: 2023 年 3 月 21 日

公開日: 2023 年 4 月 20 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01951-9

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