Фракционирование дейтерия в областях образования звезд малой массы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-72-00064

НазваниеФракционирование дейтерия в областях образования звезд малой массы

Руководитель Пунанова Анна Фёдоровна, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл

Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-704 - Физика и эволюция звезд и межзвездной среды

Ключевые слова Звездообразование, астрохимия, МЗС, молекулярные облака, дозвездные ядра, фракционирование дейтерия, фракционирование изотопов

Код ГРНТИ41.25.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Согласно современным представлениям, образование звезд малых масс начинается в так называемых дозвездных ядрах - плотных (>10^5 cm^-3) холодных (~10 К) сгустках внутри молекулярных облаков - гигантских областей межзвездной среды, наполненных космической пылью и, преимущественно, молекулярным газом. Дозвездные ядра отличаются относительно простой морфологией: имеют форму, близкую к сферической, радиальное распределение плотности, как правило, хорошо описываемое степенным законом, и практически постоянную по радиусу температуру. Радиолинии молекул, наблюдаемые в направлении на дозвездные ядра, имеют ширины, соответствующие дозвуковому характеру турбулентности газа, и профили, близкие к гауссовым, что указывает на отсутствие ненаблюдаемых внутренних источников энергии. Относительная простота устройства дозвездных ядер делает их идеальными "природными лабораториями", позволяющими исследовать протекание различных химических и физических процессов, а также универсальность физических законов в Галактике. Дозвездные ядра особенно ярко характеризуются двумя явлениями - "вымерзанием" молекул из газа на пыль, и фракционированием изотопов химических элементов в молекулах. "Вымерзание" молекул в холодном плотном газе обусловлено физической адсорбцией молекул на поверхность межзвездных пылевых частиц. При температурах, характерных для дозвездных ядер (~10 K), эффективно физисорбирют все атомы и молекулы, за исключением молекулярного водорода и гелия. В частности, эффективно вымерзает молекула CO, образуя хорошо видимые в наблюдениях области с пониженным содержанием CO в газе в центральных областях дозвездных ядрах. Фракционирование изотопов при химических реакциях в рамках физической химии объясняется особенностями термодинамики и кинетики реакций. Оно наиболее эффективно в случае водорода и дейтерия, поскольку отношение масс протона и дейтерия составляет 1:2 - значение, недостижимое для стабильных изотопов других химических элементов. Эффективное фракционирование дейтерия приводит к тому, что хотя число атомов дейтерия по отношению к числу атомов водорода (D/H) во Вселенной составляет около 1.5x10^-5, в холодных (Т~10 K) дозвездных ядрах отношения содержаний дейтерированных и содержащих основной изотоп водорода молекул (например, N(N2D+)/N(N2H+)) может достигать десятков процентов. Научная значимость обозначенной проблемы, таким образом, заключается, во-первых, в возможности непосредственного экспериментального (посредством наблюдений) исследования универсальности фундаментальных законов физической химии, описывающих физисорбцию атомов и молекул и фракционирование изотопов в химических реакциях, в условиях космоса. Во-вторых, детальное систематическое исследование особенностей фракционирования дейтерия в дозвездных ядрах позволит изучить связь этого явления с процессом образования звезд солнечного типа, и исследовать его диагностический потенциал для решения астрофизической задачи об эволюции протозвездных облаков. Актуальность обозначенной проблемы, в свою очередь, обусловлена появлением в последние годы наблюдательных данных о распределении молекул, в том числе и дейтерированных, в дозвездных ядрах, полученных с беспрецедентным угловым разрешением. Новые данные содержат закономерности, требующие подробного изучения как противоречащие имеющимся теоретическим предсказаниям. В частности, предсказанная ранее положительная корреляция между степенью вымерзания молекулы CO и отношением содержаний дейтерированных и обычных изотопологов молекул, не выполняется для некоторых плотных ядер в молекулярных облаках Персея и Змееносца. Выяснение причин этого необходимо для уточнения наших представлений о протекании физико-химических процессов в космосе, а также для наложения ограничений на современные модели химической эволюции межзвездной среды.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Петрашкевич И. В., Пунанова А. Ф., Каселли П., Пинеда Х., Пон. Э., Фризен Р. Deuterium fractionation in the Oph-H-MM1 dense core of the L1688 low mass star-forming region Астрономический журнал (год публикации - 2020)

2. Петрашкевич И. В., Пунанова А. Ф. Фракционирование дейтерия в дозвездных ядрах в области звездообразования ро Змееносца Физика космоса, труды 49-й Международной студенческой научной конференции, Издательство Уральского университета, УДК 52(063)Ф503, с. 101-102 (год публикации - 2020)
10.15826/B978-5-7996-2935-9.20

3. И. В. Петрашкевич, А. Ф. Пунанова Доля дейтерия в холодных плотных ядрах в области звездообразования L1688 Астрономия и исследование космического пространства, Издательство Уральского университета, Екатеринбург, с. 55-56 (год публикации - 2021)

4. А. Ф. Пунанова, И. В. Петрашкевич Фракционирование дейтерия в областях маломассивного звездообразования Астрономия и исследование космического пространства, Издательство Уральского университета, Екатеринбург, с. 161-164 (год публикации - 2021)

5. И. Д. Новиков, С. Ф. Лихачёв, Ю. А. Щекинов и др. Задачи научной программы космической обсерватории Миллиметрон и технические возможности ее реализации Успехи физических наук, Том 191, №4, с. 404-443 (год публикации - 2021)
10.3367/UFNr.2020.12.038898

6. М. Ч. Чен, Дж. Ди Франческо, Э. Росоловски, Дж. Кеон, Х. Э. Пинеда, Р. К. Фризен, П. Каселли, Х.-Х. Чен, К. Д. Матцнер, С. С. Оффнер, А. Пунанова, Е. Редилли, С. Сцибелли, Я. Ширли Velocity-Coherent Filaments in NGC 1333: Evidence for Accretion Flow? The Astrophysical Journal, 891: 84, 18 pp (год публикации - 2020)
10.3847/1538-4357/ab7378

Публикации