Ученые Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского института раскрыли загадку угарного газа в протопланетных дисках — областях пыли и газа вокруг звезд, где формируются планеты и другие небесные тела. В дисках часто наблюдается дефицит угарного газа по сравнению с предсказанными значениями, и это объясняется тем, что значительная часть газа превращается в лед. Итоги исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Результаты наблюдений за угарным газом, который находится в изобилии в протопланетных дисках, используются учеными для прогнозирования эволюции дисков, в том числе изменений массы, химического состава и температуры. Однако у различных дисков ученые обнаруживают недостаток угарного газа, которого в 3-100 раз меньше, чем должно быть, исходя из текущих представлений. Различные модели дисковых процессов, которые могут влиять на содержание CO, не могут объяснить это истощение, которое должно охватывать период времени приблизительно один миллион лет.
Ученые внесли поправки в модель, которая тщательно описывает физику конденсации льда на частицах пыли в атмосферах экзопланет. Она учитывает, где происходит конденсация льда, как он осаждается на частицах, какие размеры у частиц и как они перемещаются. Эта модель была адаптирована для протопланетных дисков, а ее результаты затем сравнивали с реальными наблюдениями, проведенными с помощью радиотелескопа ALMA за угарным газом в четырех хорошо изученных дисках: TW Hya, HD 163296, DM Tau и IM Lup.
Оказалось, что угарный газ конденсируется на частицах, превращаясь в твердое вещество. Этот лед очень сложно обнаружить с помощью существующих телескопов, что объясняет видимое отсутствие CO в протопланетных дисках. До тех пор, пока диску не исполнится один миллион лет, газообразный монооксид углерода обнаруживается в избытке, однако по прошествии этого срока значительная его часть попадает в большие скопления льда.
Авторы работы надеются, что их усовершенствованная модель будет подтверждена будущим наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который может быть достаточно мощным, чтобы разглядеть лед в дисках.