原行星盘中 CO 的耗竭:物理封存与化学过程相结合的统一图景
太阳与恒星天体物理
2020-09-02 v1 地球与行星天体物理
摘要
原行星盘中气相 CO 丰度(相对于氢)相较其 ISM 值 降低了多达 2 个数量级,即便计入冻结-out 和光解离之后依然如此。先前的研究表明,虽然 CO 的局域化学过程以及 CO 冰在中平面的固体上的封存均可贡献,但这两个过程似乎都难以在相关的 时间尺度上稳定达到观测到的耗竭因子。在本研究中,我们同时模拟这些过程,将围绕碳和氧的紧凑化学网络纳入到外盘区域()的 2D () 模拟中,该模拟包含湍流扩散、卵石形成与卵石动力学。总体而言,我们发现 CO/H 丰度是时间与位置的复杂函数。聚焦于暖分子层中的 CO,我们发现仅有最完整的模型(包含化学与卵石演化)能够达到与观测一致的耗竭因子。在缺乏压力陷阱、高效星子形成或高宇宙射线电离率的情况下,该模型还预言了 CO 雪线内侧 CO 蒸气的回升。我们展示了物理与化学过程对元素(C/O)与(C/H)比(气相与冰相)的影响,讨论了将 CO 用作盘质量示踪物的用途,并最终将我们预言的卵石冰成分与冷经典柯伊伯带及碎屑盘中所发现原始星子的成分相联系。
引用
@article{arxiv.2007.09517,
title = {CO Depletion in Protoplanetary Disks: A Unified Picture Combining Physical Sequestration and Chemical Processing},
author = {Sebastiaan Krijt and Arthur D. Bosman and Ke Zhang and Kamber R. Schwarz and Fred J. Ciesla and Edwin A. Bergin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.09517},
year = {2020}
}
备注
Accepted for publication in The Astrophysical Journal