Water Snowline in Protoplanetary Disks

این کتاب کار پیشگامی را بر روی یک آزمون رصدی انتقادی نظریه تشکیل سیاره بر اساس مطالعه نظری خط برف آب، که فراتر از آن آب شکل یخ می‌گیرد، در دیسک‌های پیش سیاره‌ای - مکانی که سیارات در آن شکل می‌گیرند، ارائه می‌کند. از آنجایی که تصور می شود خط برف آب مناطق تشکیل سیاره سنگی و گازی غول پیکر را تقسیم می کند، مکان خط برف برای فرآیند تشکیل سیاره ضروری است.

این کتاب روش جدیدی را برای تعیین مکان خطوط برفی با استفاده از آن پیشنهاد می کند. مشاهدات طیف‌سنجی پراکندگی بالا خطوط بخار آب، که مبتنی بر مدل‌سازی پیچیده شیمیایی و محاسبات انتقال تابشی خط است. نویسنده توزیع بخار آب در دیسک ها را با استفاده از شبکه واکنش شیمیایی، که شامل واکنش های نوری و برهمکنش های گاز-دانه است، به دست آورد. خطوط انتقال شبیه‌سازی‌شده بخار آب در دیسک‌ها نشان می‌دهد که خطوط انتقال نسبتا ضعیف با انرژی‌های تحریک متوسط، بهترین ردیاب خط برف آب هستند.

علاوه بر این، نویسنده خطوط زیر میلی‌متری بخار آب را در یک دیسک با استفاده از ALMA مشاهده کرد. (آرایه میلی متری/زیر میلی متری بزرگ آتاکاما) برای به دست آوردن حد بالایی شارهای خط با بالاترین حساسیت تا به امروز. این یافته‌های بی‌سابقه در تعیین مکان خطوط برف در دیسک‌ها مهم هستند و این روش تا حد زیادی به سمت دستیابی به یک درک جامع از فرآیندهای تشکیل سیاره و همچنین منشأ آب در سیارات سنگی، از جمله زمین ما، بر اساس مشاهدات آینده می‌رود. با استفاده از ALMA و SPICA (تلسکوپ مادون قرمز فضایی برای کیهان شناسی و اخترفیزیک).

This book presents pioneering work on a critical observational test of the planet formation theory based on the theoretical study of the water snowline, beyond which water takes the form of ice, in the protoplanetary disks – the place where planets are formed. Since the water snowline is thought to divide the regions of rocky and gas-giant planet formation, the location of the snowline is essential for the planet formation process.

The book proposes a novel method to locate the snowlines using high-dispersion spectroscopic observations of water vapor lines, which is based on in sophisticated chemical modeling and line radiative transfer calculations. The author obtained the water vapor distribution in the disks using the chemical reaction network, which includes photoreactions and gas–grain interactions. The simulated transition lines of water vapor in the disks demonstrate that relatively weak transition lines with moderate excitation energies are the best tracers of water snowline.

Furthermore, the author observed submillimeter lines of water vapor in a disk using ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) to obtain the upper limit of the line fluxes with the highest sensitivity to date. These unprecedented findings are important in locating the snowlines in the disks, and the method goes a long way toward achieving a comprehensive understanding of the planet formation processes as well as of the origin of water on rocky planets, including our Earth, based on future observations using ALMA and SPICA (Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics).