science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Subaru-telescoop detecteert de mid-infrarode emissieband van complexe organische moleculen in komeet 21P/Giacobini-Zinner

Figuur 1:Kometen zijn ongerepte overblijfselen van het vroege zonnestelsel. Kometen zijn meestal gemaakt van ijs en stof, maar staan ​​ook bekend als rijk aan organische materialen. Als "complexe" organische moleculen zoals aminozuren worden verrijkt in kometen en meteoroïden van kometenoorsprong, de meteorenregens hebben mogelijk water en complexe organische materialen naar de oude aarde gebracht. Krediet:Kyoto Sangyo University

Met behulp van de gekoelde midden-infraroodcamera en spectrometer (COMICS) op de Subaru-telescoop, astronomen hebben een niet-geïdentificeerde infraroodemissieband gedetecteerd van komeet 21P/Giacobini-Zinner (hierna:komeet 21P/G-Z) naast de thermische emissies van silicaat en koolstofkorrels. Deze niet-geïdentificeerde infraroodemissies zijn waarschijnlijk te wijten aan complexe organische moleculen, zowel alifatische als aromatische koolwaterstoffen, verontreinigd door N- of O-atomen. Gezien de eigenschappen van het stof en de organische moleculen, komeet 21P/G-Z zou afkomstig kunnen zijn van de circumplanetaire schijf van een reuzenplaneet (zoals Jupiter of Saturnus) waar het warmer was dan de typische komeetvormende gebieden.

Komeet 21P/G-Z is een komeet uit de familie Jupiter met een omlooptijd van ongeveer 6,6 jaar en wordt beschouwd als het moederlichaam van de meteorenregen van de Draconiden van oktober. Vergeleken met andere kometen, deze komeet is bijzonder in termen van zijn vluchtige gehalte (verarmd in koolstofketenmoleculen, NH2, en zeer vluchtige soorten) en de eigenschappen van de stofkorrels, en is gecategoriseerd als "GZ-type" (~ 6% van de onderzochte kometen). Op basis van eerdere onderzoeken, er werd voorgesteld dat komeet 21P/G-Z in een andere regio is ontstaan ​​dan andere kometen, maar we hadden geen informatie over de specifieke regio in de protoplanetaire schijf. Een negatieve trend van lineaire polarisatie in het optische golflengtegebied wordt ook gerapporteerd voor het stofcontinuüm van komeet 21P/G-Z. Er wordt gesuggereerd dat deze negatieve golflengtegradiënt van polarisatie kan worden verklaard door een hoger gehalte aan organische materialen in de stofkorrels van 21P/G-Z. Als complexe organische moleculen zoals aminozuren zijn verrijkt in komeet 21P/G-Z en in de meteoroïden van de Oktober Draconiden, deze meteorenregen heeft mogelijk complexe organische materialen naar de oude aarde gebracht. Echter, complexe organische moleculen met een hoog molecuulgewicht zijn nooit duidelijk gedetecteerd in kometen, behalve in komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko door de in-situ metingen van het Rosetta-ruimtevaartuig. Hoeveel en hoe complex organische moleculen zich in komeet 21P/G-Z bevinden, is nog een open vraag.

Een team van astronomen van het Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency (ISAS/JAXA), Kyoto Sangyo-universiteit (KSU), Nationaal Astronomisch Observatorium van Japan (NAOJ), en Okayama University of Science (OUS) voerden mid-infrarood spectroscopische en beeldvormende waarnemingen uit van komeet 21P/G-Z met behulp van COMICS op 5 juli aan de UT, 2005 (toen de komeet 1,04 au van de zon verwijderd was, nabij het perihelium). Het verkregen spectrum van komeet 21P/G-Z toont emissiepieken van kristallijne silicaatkorrels, die gewoonlijk ook in veel andere kometen worden gezien. Naast deze silicaatkenmerken, de onderzoekers ontdekten dat het spectrum van komeet 21P/G-Z ongeïdentificeerde infraroodemissiekenmerken vertoont, die kunnen worden toegeschreven aan een mengsel van alifatische en aromatische koolwaterstoffen (zoals polycyclische aromatische koolwaterstoffen of gehydrogeneerde amorfe koolstoffen die zijn verontreinigd met N- of O-atomen).

Comet 21P/G-Z is verrijkt met complexe organische moleculen. De verrijking van complexe organische moleculen vereist een warme temperatuur of hoogenergetische deeltjesomgeving rond de komeet in de vroege zonnenevel. De aanwezigheid van deze complexe organische moleculen suggereert dat komeet 21P/G-Z afkomstig is uit een warmer gebied in de protoplanetaire schijf dan het typische komeetvormende gebied. Aangezien de afgeleide massafractie van kristallijne silicaten in komeet 21P/G-Z typisch is voor kometen, we stellen voor dat de komeet afkomstig was van de circumplanetaire schijf van een gigantische planeet (zoals Jupiter of Saturnus) waar het warmer was dan het typische komeetvormende gebied (5-30 au van de zon) en geschikt was voor de vorming van complexe organische moleculen . Kometen van circumplanetaire schijven zijn mogelijk verrijkt met complexe organische moleculen, vergelijkbaar met komeet 21P/G-Z, en heeft mogelijk prebiotische moleculen aan de oude aarde geleverd door directe impact of meteorenregen.

  • Figuur 2:Komeet 21P/Giacobini-Zinner waargenomen in de optische ruimte op 22 augustus, 2018. Krediet:Michael Jaeger

  • Figuur 3:Blackbody-genormaliseerde midden-infraroodspectra van kometen. Het spectrum van komeet 21P/G-Z (zwart gevulde cirkels) is anders dan andere kometen, en vertoont niet-geïdentificeerde infraroodemissiekenmerken. De functies bij ~ 8,2 micron, ~8,5 micron, en ~11,2 micron kan worden toegeschreven aan PAK's (of HAC's) die zijn verontreinigd met N- of O-atomen, hoewel een deel van het kenmerk bij ~ 11,2 micron afkomstig is van kristallijn olivijn. Het kenmerk bij ~9,2 micron kan afkomstig zijn van alifatische koolwaterstoffen. Krediet:Ootsubo et al.