天文学家利用ALMA探测到了年轻恒星V883 Ori周围复杂的有机分子。这颗恒星的突然爆发释放了行星形成盘中冰化合物的分子。圆盘化学成分类似于现代太阳系中的彗星。敏感的ALMA观测使天文学家能够重建有机分子从太阳系诞生到我们今天的演化过程。
由韩国金恩·李领导的研究小组使用阿塔卡马的大型毫米/亚毫米阵列(阿尔玛)来探测复杂的有机分子，包括甲醇(CH3OH)，丙酮(CH3COCH3)，乙醛(CH3CHO)，甲基甲酸酯(CH3OCHO)和乙腈(CH3CN)这是第一次在行星形成区或原行星盘中明确地检测到丙酮。各种分子被冻结在原行星盘中微米大小的尘埃颗粒周围冰中。V883 Ori的突然爆发加热了圆盘，升华了冰，将分子释放到气体中。
尘埃分布用橙色表示，有机分子甲醇的分布用蓝色表示。图片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Lee et al.V883Ori
博科园-科学科普：圆盘中温度达到分子升华温度的区域称为“雪线”。雪线的半径大约是正常年轻恒星周围的几个天文单位(au)，然而，它们在爆炸恒星周围的半径几乎扩大了10倍。用现有的望远镜很难拍摄到几个天文单位大小的圆盘，然而在一个爆发的恒星周围，冰在更大范围内融化，更容易看到分子的分布，研究人员感兴趣的是作为生命基石的复杂有机分子的分布。
冰，包括冰冻的有机分子，可能与行星上生命的起源密切相关。在我们的太阳系中，彗星因其丰富冰化合物而成为人们关注的焦点。例如，欧洲航天局的传奇彗星探测器罗塞塔，在丘留莫夫-格拉西门科彗星周围发现了丰富的有机化学物质。
圆盘外部是冷的，尘埃颗粒被冰覆盖。ALMA检测到圆盘中雪线周围各种复杂的有机分子。图片：National Astronomical Observatory of Japan
彗星被认为是在原太阳系较冷的外部区域形成，那里的分子包含在冰中。探索原行星盘中冰的化学成分，直接关系到探索彗星中有机分子的起源，以及生命构成要素的起源。由于ALMA的高清晰视野和恒星的爆发导致的雪线扩大，天文学家得到了甲醇和乙醛的空间分布。这些分子的分布呈环状，半径为60 au，是海王星轨道的两倍。研究人员假设在这个环内的分子是不可见的，因为它们被厚厚的尘埃物质所掩盖，而在这个半径之外的分子是不可见的，因为它们被冻结在冰中。由于岩石和冰态行星是由固体物质构成，因此圆盘中固体的化学成分具有特殊的重要性。研究小组成员、东京大学的Yuri Aikawa说：
正常状态和突出阶段原行星盘组成示意图，V883 Ori正在经历一次FU Orionis溃决，圆盘温度的升高将雪线向外推，导致冰中包含的各种分子释放到气体中。图片：National Astronomical Observatory of Japan
火山爆发是研究新鲜升华物以及固体组成的独特机会。V883 Ori是一颗年轻的恒星，距离地球1300光年。这颗恒星正在经历一种所谓的“富奥里奥尼斯式爆发”，一种由于物质从圆盘流向恒星的激流而突然增加的亮度。这些爆发只持续了大约100年。因此观察到爆发的机会是相当罕见。然而由于不同年龄的年轻恒星都经历过富日暴，天文学家们希望能够在年轻恒星的整个演化过程中追踪到冰的化学成分。这些观测结果以Lee等人的名义发表，2019年2月4日《自然天文学》上发表了“V883 Ori附近的冰组成是由它恒星爆发所揭示。
博科园-科学科普｜研究/来自: 国立自然科学研究院
参考期刊文献:《Nature Astronomy》
DOI: 10.1038/s41550-018-0680-0
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