Azimutale C/O-Variationen in einem Planeten

Nature Astronomy (2023)Diesen Artikel zitieren

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Eine Autorenkorrektur zu diesem Artikel wurde am 4. Mai 2023 veröffentlicht

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Das elementare Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis (C/O) in der Atmosphäre eines Riesenplaneten ist eine vielversprechende Diagnose für die Entstehungsgeschichte dieses Planeten in einer protoplanetaren Scheibe. Neben den Bemühungen der Exoplanetengemeinschaft, das C/O-Verhältnis in Planetenatmosphären zu messen, konzentrieren sich beobachtende und theoretische Untersuchungen von Scheiben zunehmend auf das Verständnis, wie das C/O-Verhältnis in der Gasphase sowohl mit der radialen Position als auch zwischen den Scheiben variiert. Dies hängt hauptsächlich mit den Eislinien der wichtigsten flüchtigen Träger wie CO und H2O zusammen. Mithilfe von ALMA-Beobachtungen von CS und SO haben wir Hinweise auf eine völlig unerwartete Art von C/O-Variation in der protoplanetaren Scheibe um HD 100546 gefunden: eine azimutale Variation von einem typischen, sauerstoffdominierten Verhältnis (C/O ≈ 0,5) zu a Kohlenstoffdominiertes Verhältnis (C/O ≳ 1,0). Wir zeigen, dass die räumliche Verteilung und die besondere Linienkinematik von CS- und SO-Molekülen gut durch azimutale Variationen im C/O-Verhältnis erklärt werden können. Wir schlagen einen Schattenmechanismus vor, der zu einer solchen chemischen Dichotomie führen könnte. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verfolgung der Entstehungsgeschichte riesiger Exoplaneten anhand ihrer atmosphärischen C/O-Verhältnisse zeitabhängige azimutale C/O-Variationen in der Akkretionszone eines Planeten berücksichtigen muss.

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Die hier präsentierten Daten stammen aus dem ALMA Cycle 4-Programm 2016.1.01339.S (Hauptforscher M. Kama). Die Rohdaten sind im ALMA-Archiv öffentlich verfügbar. Die reduzierten Daten und endgültigen Bildgebungsprodukte sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Die ALMA-Daten wurden mit der CASA-Version 5.6.1-8 reduziert, die unter https://casa.nrao.edu/ verfügbar ist. Ergebnisse der physikalisch-chemischen DALI-Scheibenmodelle sind unter https://doi.org/10.5281/zenodo.7734194 verfügbar.

Eine Korrektur zu diesem Artikel wurde veröffentlicht: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01984-0

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Wir danken D. Fedele für die Weitergabe der ALMA 870 μm-Kontinuumsdaten. LK dankt für die Finanzierung durch ein Stipendium des Science and Technology Facilities Council (STFC). EFvD wird durch die A-ERC-Fördervereinbarung Nr. unterstützt. 101019751 FORMSCHEIBE. MND dankt dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF) für das Ambizione-Stipendium Nr. 180079, das Center for Space and Habitability (CSH) Fellowship und das IAU Gruber Foundation Fellowship. CW dankt der University of Leeds, dem Science and Technology Facilities Council und UK Research and Innovation für finanzielle Unterstützung (Fördernummern ST/T000287/1 und MR/T040726/1).

Abteilung für Physik und Astronomie, University College London, London, Großbritannien

Luke Keyte, Mihkel Kama und Jonathan Rawlings

Tartu-Observatorium, Tõravere, Estland

Michael Kama

Observatorium Leiden, Universität Leiden, Leiden, Niederlande

Alice S. Booth & Ewine F. van Dishoeck

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Edwin A. Bergin

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L. Ilsedore Cleeves

Max-Planck Institut für Extraterrestrische Physik (MPE), Garching, Germany

Ewine F. van Dishoeck

Center for Space and Habitability, Universität Bern, Bern, Schweiz

Maria N. Drozdovskaya

Nationales Astronomisches Observatorium Japans, Mitaka, Japan

Kenji Furuya

Abteilung für Geowissenschaften und Institut für Astronomie, Universität Cambridge, Cambridge, Großbritannien

Oliver Shorttle

Fakultät für Physik und Astronomie, University of Leeds, Leeds, Großbritannien

Catherine Walsh

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LK reduzierte die ACA CS-Daten, führte die chemischen Modelle durch, führte eine Analyse sowohl der Daten als auch der Modelle durch und schrieb das Manuskript. MK trug zur Analyse sowohl der Daten als auch der Modelle, der ursprünglichen Forschungskonzepte und des Manuskripts bei und leitete den Vorschlag für die ACA-Daten. ASB stellte die ALMA SO-Daten zur Verfügung und trug zum Verfassen des Manuskripts bei. EAB, LIC, EFvD, MND, KF, JR, OS und CW trugen zum Verfassen des Manuskripts bei.

Korrespondenz mit Luke Keyte.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Astronomy dankt Zhaohuan Zhu, Rebecca Nealon und Alison Young für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Jedes Panel zeigt eine Häufigkeitskarte, überlagert mit Konturen, die 25 % und 75 % Linienemission darstellen (weiß). Obere Reihe: CS 7-6-Emission aus der Region C/O=0,5 (links) und der Region C/O>1 (rechts). Untere Reihe: SO 77 − 66 + 78 − 67-Emission aus der Region C/O=0,5 (links) und der Region C/O>1 (rechts).

Obere Reihe: SO 77 − 66 + 78 − 67 (links) und CS 7-6 (rechts) Spektren für Variationen der Keilgröße (θ), zentriert auf Position ϕ = 0. Unteres Feld: SO 77 − 66 + 78 − 67 (links und CS 7-6 (rechts) Spektren für Variationen der Keilposition (ϕ) für eine feste Winkelgröße θ = 60∘.

Oben links: Gaszahldichte. Unten links: Staubzahldichte. Oben rechts: Gastemperatur. Unten rechts: Staubtemperatur.

Ergänzende Abbildungen. 1–4, Tabellen 1–4 und Diskussionen 1 und 2.

Nachdrucke und Genehmigungen

Keyte, L., Kama, M., Booth, AS et al. Azimutale C/O-Variationen in einer Planetenscheibe. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-01951-9

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Eingegangen: 31. Oktober 2022

Angenommen: 21. März 2023

Veröffentlicht: 20. April 2023

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

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