V protoplanetárním disku byl poprvé detekován metanol

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 19/2016

Protoplanetární disk u mladé hvězdy TW Hydrae, vzdálené pouhých 170 světelných let, patří k Zemi nejbližším známým objektům svého druhu. Díky tomu je pro vědce ideálním cílem pozorování. Astronomové se domnívají, že celý systém kolem hvězdy TW Hydrae blízce připomíná Sluneční soustavu během jejího formování zhruba před čtyřmi miliardami let.

Radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) je nejvýkonnější současné zařízení, které dokáže mapovat chemické složení a rozložení chladného plynu v nedalekých pracho-plynných discích. Unikátní schopnosti tohoto přístroje využil tým astronomů pod vedením Catherine Walsh (Leiden Observatory, Nizozemí) ke zkoumání chemických procesů v protoplanetárním disku u hvězdy TW Hydrae. 

Pozorování získaná pomocí ALMA poprvé odhalila přítomnost plynného metanolu (metyl alkoholu) v protoplanetárním disku. Metanol, derivát metanu, je jednou z největších organických molekul, které byly detekovány v nitru cirkumstelárních disků. Objev jeho přítomnosti již v předplanetárním období vývoje je milníkem v chápání procesů, jakými se organické molekuly stávají součástí rodících se planet.  

Metanol sám o sobě je navíc základním stavebním kamenem mnoha dalších ještě složitějších organických molekul (například aminokyselin), které mají základní význam v prebiotickém vývoji. Díky tomu hraje zásadní úlohu při vzniku bohaté organické chemie potřebné pro vznik života.

Catherine Walsh, hlavní autorka práce, vysvětluje: „Objev metanolu v protoplanetárním disku dokumentuje unikátní možnosti teleskopu ALMA při zkoumání rezervoáru ledů organických sloučenin v těchto discích. Poprvé v historii nám tak umožnil ohlédnout se zpět v čase a zkoumat původ chemické různorodosti v místě, kde se kolem mladé Slunci podobné hvězdy formují nové planety.“   

Plynný metanol v protoplanetárním disku je z pohledu astrochemie mimořádně důležitý. Zatímco ostatní molekuly detekované ve vesmíru vznikají buď pouze prostřednictvím chemických procesů v plynné fázi, nebo v kombinací plynné a pevné fáze, metanol je složitá organická sloučenina, která vzniká výhradně ve formě ledu prostřednictvím reakcí na povrchu prachových zrn.   

Velké rozlišení radioteleskopu ALMA vědcům navíc poskytuje možnost mapovat rozložení plynného metanolu v disku kolem hvězdy TW Hydrae. Kromě významného signálu přicházejícího z blízkosti hvězdy [1] se tímto způsobem podařilo v disku objevit prstencovitou strukturu se zvýšeným obsahem metanolu. 

Pozorování metanolu v plynném stavu spolu s informací o jeho rozložení naznačují, že metanol se skutečně vytvořil ve formě ledu na prachových zrnech a následně začal sublimovat do plynné podoby. Tato první pozorování pomohou objasnit, jakým způsobem probíhá v těchto podmínkách fázový přechod mezi ledovou a plynnou fází metanolu [2], a obecně přispěje k chápání chemických procesů v astrofyzikálním prostředí [3].    

Ryan A. Loomis, spoluautor práce, dodává: „Metanol v plynné podobě v nitru disku je nezaměnitelným indikátorem bohatých chemických procesů organických sloučenin ve velmi rané fázi vývoje hvězdy a planet. Tento výsledek bude mít dopad na naše chápání procesů akumulace organických sloučenin v mladých planetárních systémech.“ 

První úspěšná detekce chladného metanolu v plynné fázi v protoplanetárním disku ukazuje, že nyní můžeme zkoumat rovněž chemické procesy vedoucí ke vzniku ledu v těchto discích. Jde o první krůčky na cestě k budoucím studiím komplexní organické chemie v místech formování planet. Astronomové tak získávají zcela nový účinný nástroj pro další pátrání po planetách schopných hostit na svém povrchu život.

Poznámky

[1] Prstenec metanolu ve vzdálenosti 30 – 100 au (astronomická jednotka, astronomical unit) od hvězdy dobře reprodukuje interferenční obrazce pozorované v datech ALMA. Identifikovaná struktura podporuje hypotézu, že většina v disku uloženého ledu je přítomna především na větších prachových zrnech (až do průměru kolem 1 mm), nacházejících se ve vnitřních 50 au od hvězdy, která se oddělila od plynu a radiálně sestupují směrem ke hvězdě.

[2] V rámci studie se vědci zaměřili i na jiné možné mechanismy uvolňování plynu z povrchu prachových částic (desorpce, desorption), než je sublimace způsobená zvýšením teploty. Mezi zkoumanými alternativami jsou foto-desorpce (photodesorption, uvolnění z povrchu způsobené fotony ultrafialového záření) nebo reakční desorpce (reactive desorption, uvolnění z povrchu v průběhu chemických reakcí). Další ještě podrobnější pozorování pomocí ALMA by mohla pomoci určit, který scénář je správný.

[3] Radiální variace rozložení chemických látek v rovině disku a především poloha takzvané sněžné čáry (snowline) jsou klíčové pro pochopení chemických procesů probíhajících na rodících se planetách. Sněžná čára označuje rozhraní, za kterým daná chemická látka vymrzá na povrchu prachových zrn. Detekce metanolu rovněž v chladnějších vnějších oblastech disku ukazuje, že tato látka je schopná z prachových zrn unikat i za mnohem nižších teplot, než by odpovídalo uvolňování z povrchu prostřednictvím teplotní sublimace.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku „First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, autorů Catherine Walsh a kol., který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Astrophysical Journal (Volume 823, Number 1).
 
Složení týmu: Catherine Walsh (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mihkel Kama (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), Merel L. R. van't Hoff (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Spojené království), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japonsko), Eric Herbst (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), Susanna L. Widicus Weaver (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, Georgia, USA) a Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japonsko).

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji.

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek
• starší pozorování organických sloučenin v discích pomocí ALMA
• snámky teleksopu ALMA
• další tiskové zprávy ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Catherine Walsh; Leiden Observatory; Leiden University, The Netherlands; Tel.: +31 71527 ext 6287; Email: cwalsh@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1619