ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡の観測によって原始惑星系円盤内の水の輸送はスノーライン以遠の小天体のマイグレーション（移動）で行われる。説です。出来立てと見なす広がった原始惑星系円盤と惑星の形成が進みコンパクトになった原始惑星系円盤を比べての学説なので今乗っかるのは時期尚早。昔トリビアの泉で信頼性の観点からサンプル数３千以上と言ってたと思うので日本の人口より遥かに多い天の川銀河の原始惑星系円盤の進化を判定するには100万例ぐらいをAIで判定しないといけないのではないか？以下、カタロニア語なのでぴあ翻訳のまま。
ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡によって発見された原始惑星系円盤内の水の輸送
天文学と天体物理学2023/11/15ジョセップ・M・トリゴ・イ・ロドリゲス
原始惑星系円盤
水
ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡
太陽のような星の形成の最初の段階は非常に乱流です。 新しく到着した星は通常、幼若期を経ます。この段階では、星が形成されたガス環境は、星が発する強力な放射線によって一掃されます。 これらの初期の時代では、放射圧が星雲ガスを一掃し、その結果、星の周囲の温度が低下し、小さな鉱物、氷、有機物の凝縮が可能になります。 それは摩擦が高く、物質が衝突して凝集体を形成する環境であり、星の回転の影響を受けて赤道面に落ち、そこで衝突して成長する傾向があります。
一方、これらの新しく生まれた星は、周囲からの加熱された物質の落下によって生成された電荷の移動により、強い磁場にさらされます。 若い星の周りに蓄積するこれらの物質のおかげで、いわゆる原始惑星系円盤が形成されます。
図 1. ここでは、太陽に似た、新しく到着した星の周りに通常見られる 2 種類の原始惑星系円盤が見られます。 左側にはコンパクトディスクが見え、右側にはそれを構成する材料が蓄積する空隙とトロイダル領域を備えた拡張ディスクが見えます。 研究者らは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載されているMIRI装置を使った観測を計画し、コンパクトディスクの内部領域に空隙のある拡張された惑星形成円盤よりも多くの水が存在するかどうかをテストした。 これは、私たちの惑星系で惑星形成がどのように起こったかを理解するのに非常に関連しています - 画像: © NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS)。
これらは非常に重要です。なぜなら、望遠鏡による観察や、これらの原始物質の本物の化石である未分化隕石の研究に基づいて、長さキロメートルの天体がこれらの円盤、つまり小惑星と彗星から形成されることがわかっているからです。
また、惑星同士の衝突により、はるかに長い時間スケールで考えれば、惑星はずっと後に出現することもわかっています。 しかし、それはまた別の話です...
今日はウェッブ宇宙望遠鏡を使って、惑星系の起源における水の輸送を調査します。
ウェッブ望遠鏡で原始惑星系円盤の理解を深める
したがって、原始惑星系円盤は、若い星を取り囲む塵とガス粒子の大きな絡み合いであり、最終的に惑星を形成する小さな天体である微惑星の形成を引き起こします。 そして、宇宙論の観点から言えば、それらは 1,000 万年弱で消滅する傾向があることを考えると (これらの固体物質が集合して小惑星を形成するため)、それらは短いものであると同時に重要な構造であることが判明すると言えるでしょう (Ma) 。
ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、MIRI 分光計で中赤外線を研究できるため、惑星系のこれらの原始段階を調査する能力は比類のないものです。 正確に言えば、これらの研究を実行するには、宇宙に望遠鏡を設置することが正当化されます。地球の表面からこの電磁スペクトルの窓は、大気のガス成分の吸収の影響を受けるため実用的ではないからです。
これまでスピッツァー宇宙望遠鏡は、若い原始惑星系円盤内の水の存在を研究するために使用されていましたが、ウェッブ望遠鏡のスペクトル分解能はありませんでした。 また、アルマ望遠鏡干渉天文台を使用すると、水の存在がこれらの円盤を形成する物質の平均サイズに応じて変化することが判明した。
しかし、水の流れを知ることに興味を持ち、好奇心旺盛な存在になりましょう...
ウェッブ宇宙望遠鏡で水の道を解明する
JWST宇宙望遠鏡は、4つの原始惑星系円盤内の水と揮発性物質の輸送プロセスを明らかにした。 一般に、原始惑星系円盤には、いわゆる小型円盤と拡張型円盤の 2 種類があります。 この多様性により、各クラスから 2 人を選択して学習することが生まれました。 The Astrophysical Journal Letters に発表された Andrea Banzatti らの論文は、雪線内の水蒸気が漂流によって制御されるというシナリオをテストするために選択された、複数の放射状の空隙を持つ 2 つの小型ディスクと 2 つの大型ディスクの 4 つのディスクの JWST-MIRI スペクトルを示しています。ディスク上に形成される固体物質。
これらの初期段階では、これらの小さな固体の岩石は脆く、小さなマイクロメートル単位の鉱物、有機物、水で構成されています。 円盤の外側の寒い領域では、水の氷が凝結する傾向があり、小さな原始鉱物間の漸進的な衝突によって形成されるこれらの固体集合体上に氷のマントルが形成されます。 これらの凍ったマントルの存在は、粒子は、水蒸気が少ないディスクとは異なり、水蒸気が多い環境でよりよく拡散することができます。 この挙動は粘度に影響を与えると考えられており、実際、ディスクを構成する材料がより効率的かつ継続的にドリフトする結果、よりコンパクトなディスクが形成されるのはこのためです。
驚くべきことに、原始惑星系円盤におけるこれらの違いの理由が、これらの円盤を形成する物質上の水の気まぐれな経路という、エレガントかつ簡単な方法で説明されていることがわかります。
水の幽霊がその秘密を解き明かす
中赤外分光計 (MIRI) の優れたスペクトル分解能により、非常に詳細な水のスペクトルを取得できます。これにより、拡張ディスクと比較してコンパクト ディスクを構成する材料のスペクトル線の発光が過剰であることがわかります。次の図にあります。
図 2. ウェッブ望遠鏡の MIRI 分光計からのデータを解釈すると、コンパクトで均質な円盤と環状領域 (トロイダル) に物質を提示する拡張円盤における小さな固体凝集体のドリフトと相対的な水分含量の違いを捉えることができます。それらの間のギャップ。 左側のコンパクトディスクでは、氷で覆われた小さな岩石が星に近いために暖かい内部領域に移動するが、それらは妨げられません。 星に近づくことで水の氷が昇華する距離を区切る、いわゆるアイスラインを越えると、この氷のマントルは蒸気に変わり、惑星の胚が形成される領域に水を供給します。 右側は、リングと空きスペースのある拡張ディスクです。 これらの氷で覆われた固体集合体が内側に落ちると、多くは穴で止まり、これらのトロイダル構造に閉じ込められます。 したがって、水を内側の円盤領域に輸送するために氷の境界線を横切る氷の凝集体は少なくなります。 環から形成される惑星は、水の通過に対する障壁として機能する可能性があります - © 画像は原作者によって改変されました: NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted (STScI)
これは、これらの星から、地球と太陽を隔てる距離の 1 ～ 10 倍の距離にまで広がる冷たい成分が存在することを示しています。 この冷水の放出は、氷の昇華と円盤を通したこの蒸気の拡散によって解釈されます。 これは、コンパクトディスク内の氷のマントルを持つこれらの小石によって運ばれる星へのより多くの水の流れがあることを示唆しています。 このプロセスを観察することで、JWST を使用して惑星形成前の化学プロセスを研究するための複数の興味深い視点が開かれます。
図 3. このプロットは、コンパクトな GK タウ ディスクと拡張された CI タウ ディスクの温水と冷水のスペクトル データを比較しています。 科学チームは、MIRI の中分解能分光計 (MRS) の前例のない分解能を利用して、スペクトルをさまざまな温度の水を調べる個々のラインに分離しました。 上のグラフのこれらのスペクトルは、CI タウの拡張ディスクと比較して、GK タウのコンパクトディスク内の冷水が過剰であることを示しています。 下のグラフは、コンパクトな GK タウ ディスクと比較した冷水の測定値から、拡張された CI タウ ディスクで得られた値を差し引いた値を示しています。 紫色の実際のデータは、冷水モデルのスペクトルに重ねられています - © 画像は著者が改変したものです。 NASA、ESA、CSA、リア・ハスタック (STScI)
この探偵物語はこうして終わります。これらの環境で放出される光に基づいて、氷で覆われた小さな岩石が星に近い領域に向かってより効率的に移動すると解釈します。 したがって、これらの小さな岩石は基本的な役割を果たしていると考えられます。つまり、惑星の胚が形成された領域に大量の水やその他の揮発性物質を輸送する役割を担っていると考えられます。 星に向かって減衰すると、それらの間の摩擦によるエネルギーの損失の結果として、それらは蓄積し、これらのトロイダルリングと背後の空きスペースを作成する傾向があります。 このようにして、拡張した原始惑星系円盤で観察されるリングや空洞が形成されます。
小さな岩の上に水がたどるこの風変わりで複雑な経路のおかげで、今日地球に液体元素が存在するとは誰が想像したでしょうか。
参考文献
アンドレア・バンザッティ 他 (2023) 「JWST がコンパクト ディスクの雪線近くの過剰な冷水を明らかに、小石の漂流と一致」、天体物理ジャーナル レターズ、第 957 巻、第 2 号、doi: 10.3847/2041-8213/acf5ec
トリゴ ロドリゲス J.M. (2000) 太陽系の起源、Ed. バルセロナのポーチ。
トリゴ ロドリゲス J.M. (2012) 生命の宇宙的ルーツ、ISBN: 978-84-939695-2-3、Ediciones UAB、コレクション「El espejo y la lámpara」、Service Publications Universitat Autònoma de Barcelona、ベラテッラ、バルセロナ。
フォーヘッダートーン: © Josep Ma. 小麦
ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡によって発見された原始惑星系円盤内の水の輸送
天文学と天体物理学2023/11/15ジョセップ・M・トリゴ・イ・ロドリゲス
原始惑星系円盤
水
ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡
太陽のような星の形成の最初の段階は非常に乱流です。 新しく到着した星は通常、幼若期を経ます。この段階では、星が形成されたガス環境は、星が発する強力な放射線によって一掃されます。 これらの初期の時代では、放射圧が星雲ガスを一掃し、その結果、星の周囲の温度が低下し、小さな鉱物、氷、有機物の凝縮が可能になります。 それは摩擦が高く、物質が衝突して凝集体を形成する環境であり、星の回転の影響を受けて赤道面に落ち、そこで衝突して成長する傾向があります。
一方、これらの新しく生まれた星は、周囲からの加熱された物質の落下によって生成された電荷の移動により、強い磁場にさらされます。 若い星の周りに蓄積するこれらの物質のおかげで、いわゆる原始惑星系円盤が形成されます。
図 1. ここでは、太陽に似た、新しく到着した星の周りに通常見られる 2 種類の原始惑星系円盤が見られます。 左側にはコンパクトディスクが見え、右側にはそれを構成する材料が蓄積する空隙とトロイダル領域を備えた拡張ディスクが見えます。 研究者らは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載されているMIRI装置を使った観測を計画し、コンパクトディスクの内部領域に空隙のある拡張された惑星形成円盤よりも多くの水が存在するかどうかをテストした。 これは、私たちの惑星系で惑星形成がどのように起こったかを理解するのに非常に関連しています - 画像: © NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS)。
これらは非常に重要です。なぜなら、望遠鏡による観察や、これらの原始物質の本物の化石である未分化隕石の研究に基づいて、長さキロメートルの天体がこれらの円盤、つまり小惑星と彗星から形成されることがわかっているからです。
また、惑星同士の衝突により、はるかに長い時間スケールで考えれば、惑星はずっと後に出現することもわかっています。 しかし、それはまた別の話です...
今日はウェッブ宇宙望遠鏡を使って、惑星系の起源における水の輸送を調査します。
ウェッブ望遠鏡で原始惑星系円盤の理解を深める
したがって、原始惑星系円盤は、若い星を取り囲む塵とガス粒子の大きな絡み合いであり、最終的に惑星を形成する小さな天体である微惑星の形成を引き起こします。 そして、宇宙論の観点から言えば、それらは 1,000 万年弱で消滅する傾向があることを考えると (これらの固体物質が集合して小惑星を形成するため)、それらは短いものであると同時に重要な構造であることが判明すると言えるでしょう (Ma) 。
ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、MIRI 分光計で中赤外線を研究できるため、惑星系のこれらの原始段階を調査する能力は比類のないものです。 正確に言えば、これらの研究を実行するには、宇宙に望遠鏡を設置することが正当化されます。地球の表面からこの電磁スペクトルの窓は、大気のガス成分の吸収の影響を受けるため実用的ではないからです。
これまでスピッツァー宇宙望遠鏡は、若い原始惑星系円盤内の水の存在を研究するために使用されていましたが、ウェッブ望遠鏡のスペクトル分解能はありませんでした。 また、アルマ望遠鏡干渉天文台を使用すると、水の存在がこれらの円盤を形成する物質の平均サイズに応じて変化することが判明した。
しかし、水の流れを知ることに興味を持ち、好奇心旺盛な存在になりましょう...
ウェッブ宇宙望遠鏡で水の道を解明する
JWST宇宙望遠鏡は、4つの原始惑星系円盤内の水と揮発性物質の輸送プロセスを明らかにした。 一般に、原始惑星系円盤には、いわゆる小型円盤と拡張型円盤の 2 種類があります。 この多様性により、各クラスから 2 人を選択して学習することが生まれました。 The Astrophysical Journal Letters に発表された Andrea Banzatti らの論文は、雪線内の水蒸気が漂流によって制御されるというシナリオをテストするために選択された、複数の放射状の空隙を持つ 2 つの小型ディスクと 2 つの大型ディスクの 4 つのディスクの JWST-MIRI スペクトルを示しています。ディスク上に形成される固体物質。
これらの初期段階では、これらの小さな固体の岩石は脆く、小さなマイクロメートル単位の鉱物、有機物、水で構成されています。 円盤の外側の寒い領域では、水の氷が凝結する傾向があり、小さな原始鉱物間の漸進的な衝突によって形成されるこれらの固体集合体上に氷のマントルが形成されます。 これらの凍ったマントルの存在は、粒子は、水蒸気が少ないディスクとは異なり、水蒸気が多い環境でよりよく拡散することができます。 この挙動は粘度に影響を与えると考えられており、実際、ディスクを構成する材料がより効率的かつ継続的にドリフトする結果、よりコンパクトなディスクが形成されるのはこのためです。
驚くべきことに、原始惑星系円盤におけるこれらの違いの理由が、これらの円盤を形成する物質上の水の気まぐれな経路という、エレガントかつ簡単な方法で説明されていることがわかります。
水の幽霊がその秘密を解き明かす
中赤外分光計 (MIRI) の優れたスペクトル分解能により、非常に詳細な水のスペクトルを取得できます。これにより、拡張ディスクと比較してコンパクト ディスクを構成する材料のスペクトル線の発光が過剰であることがわかります。次の図にあります。
図 2. ウェッブ望遠鏡の MIRI 分光計からのデータを解釈すると、コンパクトで均質な円盤と環状領域 (トロイダル) に物質を提示する拡張円盤における小さな固体凝集体のドリフトと相対的な水分含量の違いを捉えることができます。それらの間のギャップ。 左側のコンパクトディスクでは、氷で覆われた小さな岩石が星に近いために暖かい内部領域に移動するが、それらは妨げられません。 星に近づくことで水の氷が昇華する距離を区切る、いわゆるアイスラインを越えると、この氷のマントルは蒸気に変わり、惑星の胚が形成される領域に水を供給します。 右側は、リングと空きスペースのある拡張ディスクです。 これらの氷で覆われた固体集合体が内側に落ちると、多くは穴で止まり、これらのトロイダル構造に閉じ込められます。 したがって、水を内側の円盤領域に輸送するために氷の境界線を横切る氷の凝集体は少なくなります。 環から形成される惑星は、水の通過に対する障壁として機能する可能性があります - © 画像は原作者によって改変されました: NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted (STScI)
これは、これらの星から、地球と太陽を隔てる距離の 1 ～ 10 倍の距離にまで広がる冷たい成分が存在することを示しています。 この冷水の放出は、氷の昇華と円盤を通したこの蒸気の拡散によって解釈されます。 これは、コンパクトディスク内の氷のマントルを持つこれらの小石によって運ばれる星へのより多くの水の流れがあることを示唆しています。 このプロセスを観察することで、JWST を使用して惑星形成前の化学プロセスを研究するための複数の興味深い視点が開かれます。
図 3. このプロットは、コンパクトな GK タウ ディスクと拡張された CI タウ ディスクの温水と冷水のスペクトル データを比較しています。 科学チームは、MIRI の中分解能分光計 (MRS) の前例のない分解能を利用して、スペクトルをさまざまな温度の水を調べる個々のラインに分離しました。 上のグラフのこれらのスペクトルは、CI タウの拡張ディスクと比較して、GK タウのコンパクトディスク内の冷水が過剰であることを示しています。 下のグラフは、コンパクトな GK タウ ディスクと比較した冷水の測定値から、拡張された CI タウ ディスクで得られた値を差し引いた値を示しています。 紫色の実際のデータは、冷水モデルのスペクトルに重ねられています - © 画像は著者が改変したものです。 NASA、ESA、CSA、リア・ハスタック (STScI)
この探偵物語はこうして終わります。これらの環境で放出される光に基づいて、氷で覆われた小さな岩石が星に近い領域に向かってより効率的に移動すると解釈します。 したがって、これらの小さな岩石は基本的な役割を果たしていると考えられます。つまり、惑星の胚が形成された領域に大量の水やその他の揮発性物質を輸送する役割を担っていると考えられます。 星に向かって減衰すると、それらの間の摩擦によるエネルギーの損失の結果として、それらは蓄積し、これらのトロイダルリングと背後の空きスペースを作成する傾向があります。 このようにして、拡張した原始惑星系円盤で観察されるリングや空洞が形成されます。
小さな岩の上に水がたどるこの風変わりで複雑な経路のおかげで、今日地球に液体元素が存在するとは誰が想像したでしょうか。
参考文献
アンドレア・バンザッティ 他 (2023) 「JWST がコンパクト ディスクの雪線近くの過剰な冷水を明らかに、小石の漂流と一致」、天体物理ジャーナル レターズ、第 957 巻、第 2 号、doi: 10.3847/2041-8213/acf5ec
トリゴ ロドリゲス J.M. (2000) 太陽系の起源、Ed. バルセロナのポーチ。
トリゴ ロドリゲス J.M. (2012) 生命の宇宙的ルーツ、ISBN: 978-84-939695-2-3、Ediciones UAB、コレクション「El espejo y la lámpara」、Service Publications Universitat Autònoma de Barcelona、ベラテッラ、バルセロナ。
フォーヘッダートーン: © Josep Ma. 小麦
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