原行星盘中的氮同位素分馏
太阳与恒星天体物理
2018-07-18 v2 星系天体物理
摘要
目的：氮的两种稳定同位素 N 和 N 在太阳系内外均呈现出一系列的丰度比。太阳邻域的元素比为 440。近期 ALMA 观测显示，在六个 T Tauri 和 Herbig 盘中 HCN/HCN 比为 83 至 156，以及一个 T Tauri 星中 CN/CN 比为 323 ± 30。我们旨在确定导致这些 N 增丰的主导机制：低温交换反应还是 N 的同位素选择光解离。方法：使用热化学代码 DALI，我们以二维轴对称几何结构模拟原恒星盘中的氮同位素化学。我们的化学网络是首个同时包含两种氮分馏机制的网路。该模型给出了若干关键含 N 物质的丰度分布和同位素比。我们研究了这些同位素比如何依赖于各种盘参数。结果：CN 和 HCN 的形成与盘紫外辐照表面层中 H 的振动激发紧密耦合。同位素分馏完全由 N 的同位素选择光解离主导。盘内 100 au 范围内 HCN 与 HCN 的柱密度比并不强烈依赖于盘质量、耀角或恒星光谱，但对晶粒尺寸分布敏感。对于较大晶粒，N 的自屏蔽相对于尘埃消光变得更为重要，导致更强的同位素分馏。在约 50 至 200 au 的盘半径之间，模型预测的 HCN/HCN 和 CN/CN 丰度比与对盘和彗星的观测一致。模型中 HCN/HCN 和 CN/CN 的柱密度比要比从 ALMA 观测推断出的高 2-3 倍。
引用
@article{arxiv.1802.02841,
title = {Nitrogen isotope fractionation in protoplanetary disks},
author = {Ruud Visser and Simon Bruderer and Paolo Cazzoletti and Stefano Facchini and Alan N. Heays and Ewine F. van Dishoeck},
journal= {arXiv preprint arXiv:1802.02841},
year = {2018}
}
备注
Accepted by A&A; 17 pages, 17 figures; note added in proof