![](img/space.gif) |
Fiatal törmelékkorongok por- és gázanyagának tanulmányozása infravörös és milliméteres technikákkal
|
súgó
nyomtatás
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Projekt adatai |
|
|
azonosító |
![](img/space.gif) 130526 |
típus |
KH |
Vezető kutató |
Moór Attila Csaba |
magyar cím |
Fiatal törmelékkorongok por- és gázanyagának tanulmányozása infravörös és milliméteres technikákkal |
Angol cím |
Study of the dust and gas components of young debris disks using infrared and millimeter techniques |
magyar kulcsszavak |
asztrofizika, törmelékkorongok, milliméteres spektroszkópia, infaravörös fotometria |
angol kulcsszavak |
astrophysics, debris disks, millemieter spectroscopy, infrared photometry |
megadott besorolás |
Asztrofizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma) | 100 % |
|
zsűri |
Fizika 1 |
Kutatóhely |
Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet (HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont) |
résztvevők |
Ábrahám Péter Vida Krisztián
|
projekt kezdete |
2018-12-01 |
projekt vége |
2021-08-31 |
aktuális összeg (MFt) |
19.914 |
FTE (kutatóév egyenérték) |
2.28 |
állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A fiatal fősorozati csillagok körüli törmelékkorongok gáztartalmának megismerése a alapvető fontosságú a Neptunuszhoz hasonló gázóriások keletkezésének megértéséhez. A gázanyag gyenge sugárzása miatt ezek a vizsgálatok csak az utóbbi években vált lehetővé, a chilei ALMA rádióinterferométer molekuláris spektroszkópiai méréseivel.
A javasolt kutatások három területen hoznak nemzetközi jelentőségű előrelépést. Meg fogjuk állapítani, hogy a Naphoz hasonló csillagok törmelékkorongjában is annyira gyakori-e a gáz jelenléte, mint az eddig felfedezett, nagyobb tömegű és forróbb csillagok esetében. Az alapján, hogy a szénmonoxidon kívül milyen más molekulákat tartalmaz a már ismert korongok gázanyaga, el fogjuk dönteni, hogy a gáz a primordiális korong maradéka, vagy a poranyaghoz hasonlóan a planetezimálok ütközéséből származik. A gáznak jelentős hatása lehet a por térbeli eloszlására. Nagy térbeli felbontású mérésekkel feltérképezünk néhány kiválasztott korongot, és a talált struktúrákból megszorítást adunk a gáz mennyiségére valamint a por- és a gázkomponens fizikai kölcsönhatására.
A javasolt kutatás közvetlen folytatása annak a gázfelmérésnek, amelyet a pályázat alapjául szolgáló közleményben publikáltunk. Míg ott egy rádiótávcsövet használtunk, a tervezett kutatások jóval érzékenyebb és jobb felbontású ALMA interferometriás mérésekre alapulnak. E mérések nagy része már rendelkezésre áll, azonban tudományos analízisükre most fog sor kerülni.
A projektben alkalmazni fogunk egy részállású fiatal kutatót, aki a világon elérhető legjobb adatokon tanulja meg az interferometriás adatfeldolgozás, a molekuláris spektroszkópia, és a korongmodellezés részleteit.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A születőben lévő csillagok a környezetükből gyűjtött anyagból épülnek fel. A kezdeti primordiális korongok 10 millió év után felváltja egy törmelékkorong, amely a mikrométeres porszemcséktől az ezer km-es bolygókig tartalmaz különféle méretskálájú szilárd testeket. A rendszerből gyorsan kiürülő kisméretű szemcséket a bolygócsírák (planetezimálok) ütközése pótolja. A törmelékkorongokat korábban gázmentesnek hitték, csoportunk azonban felfedezett öt olyan korongot, amely nagy mennyiségű szénmonoxid gázt tartalmaz. A kutatás fő célja ennek a gázkomponensnek a vizsgálata.
A projekt keretében három fő kérdésre keressük a választ. (1) Az eddigi gáztartalmú törmelékkorongok túlnyomó többsége nagytömegű, forró, A színképtípusú csillag körül található. Nyitott kérdés, hogy vajon a kisebb tömegű, Naphoz hasonló F-K színképtípusú csillagok körül milyen gyakorisággal figyelhető meg gáz, és ezáltal van-e lehetőség gázbolygók késői, 10 millió éven túli keletkezésére. (2) Jelenleg ismeretlen a törmelékkorongok gáztartalmának eredete is. Az esetek többségében eddig csak a szénmonoxid molekula jelenlétét észleltük. Ha sikerülne más molekulák vonalát is detektálni, a gyakorisági arányaikból eldönthetnénk, hogy a gáz primordiális anyag maradéka-e, vagy korábban felépült planetezimálok eróziójából származik. (3) Fontos kérdés, hogy van-e elegendő gázanyag ahhoz, hogy dinamikai kölcsönhatások révén a por eloszlásában lokális sűrűsödéseket hozzon létre. A projektben az elmúlt szemeszterek során elvégzett ALMA mérések analízisével erre a három kérdésre keressük a választ.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! Csoportunk az MTA Lendület programjának köszönhetően kapcsolódott be az ALMA-val végzett kutatásokba, és került a törmelékkorongok területén a nemzetközi élvonalba. A jelenleg ismert 13 gáztartalmú fiatal törmelékkorongból ötöt a mi csoportunk fedezett fel. A fiatal törmelékkorongok témájában a jelen pályázat vezetőjét, Moór Attilát többször is felkérték nemzetközi konferenciákon áttekintő előadás megtartására.
Csoportunk az ALMA 2011-es elindulása óta minden évben sikerrel pályázott tácsvőidőre, amelynek köszönhetően jelentős tapasztalatot szerzett a bonyolult műszerrel való mérések megtervezésében és a sok terabyte mennyiségű adat gondos feldolgozásában. Nemzetközi kapcsolatok révén többféle kémiai és fizikai korongmodellhez van hozzáférésünk. A pályázatunk kockázatát csökkenti, hogy nagyrészt már meglévő adatokon tervezünk dolgozni.
A kezdeti publikációink hatására több más csoport is elkezdett foglalkozni a törmelékkorongok gáztartalmának kutatásával. Az ebben a pályázatban javasolt projektek, különösen a CO-tól különböző, bonyolultabb molekulák megfigyelése, lépéselőnyt biztosítanak a többi csoporthoz képest, és fenntarthatják vezető szerepünket a területen.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A projektben olyan, viszonylag fiatal csillagokat fogunk vizsgálni, amelyek körül porszemcsékből és kisebb-nagyobb kövekből, bolygó-kezdeményekből (planetezimálokból) álló törmelékkorong van. Ilyen törmelékkorong a Naprendszerben is van, ennek köszönhető a tiszta, sötét éjszakákon az ekliptika síkjában megfigyelhető állatövi fény. Más csillagok körüli törmelékkorongok vizsgálatával esélyünk nyílik arra, hogy saját bolygórendszerünk múltját is megértsük. A bolygók a fiatal csillagokat körülvevő protoplanetáris korongokban keletkeznek. Idővel a korong por- és gázanyaga részben összeáll planetezimálokká és bolygókká, részben pedig behullik a csillagba, vagy más módon távozik a rendszerből. A megmaradó kisebb testek ütközéseik során fokozatosan ledarálódnak, és a keletkező por sugárzását a szubmilliméteres tartományban észlelni lehet. A csillagkörüli korongok gáztartalma általában 10 millió év alatt teljesen eltűnik, és csak por marad. Az ALMA antenna-rendszer kísérleti antennájaként szolgáló APEX műszerrel 2015-ben felfedeztünk azonban egy kivételes csillagot, a 16 millió éves HD 131835-öt, amelynek korongjában gáz jelenlétét észleltük. Az ALMA kivételes érzékenységének köszönhetően ebben a projektben azt kutatjuk, vajon a HD 131835-höz haonló gáztartalmú törmelékkorongokban a megfigyelt gáz a csillagkeletkezési folyamat maradványa, vagy olyan anyag, amit folyamatosan pótol a bolygókeletkezés során keletkezett planetezimálok és üstökösök eróziója és elpárolgása. Azt is vizsgáljuk, hogy milyen gyakran található ilyen gázanyag a fiatal Naphoz hasonló csillagok körül, és annak milyen hatása lehet a bolygókeletkezésre.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Studying the gas content of the debris disks around young main sequence stars is fundamental to understand the formation of Neptune-like gas giants. Due to the faint gas emission, these studies could only start in recent years, thanks to molecular spectroscopic measurements by the ALMA radio interferometer in Chile.
The proposed research will make an important step forward in three topics. We will determine whether the gas is as frequent in debris disks of Sun-like stars as it is in disks around more massive, hotter stars. Based on which other molecules can be detected besides carbon monoxide, we will determine whether the gas in debris disks is the remnant of the primordial disk, or (similarly to the dust) it comes from the collision of planetesimals. The gas may have a substantial effect on the dust distribution, and consequently on planet formation. Using high spatial resolution measurements, we will map several selected disks, and the observed structures will help us constrain the amount of gas and the physical interactions between the dust and gas components.
The proposed project is the direct continuation of the gas survey we published in the paper upon which the present application is based. While there we used one single radio telescope, the planned research will use much more sensitive and higher spatial resolution data from the ALMA interferometer. Most of these data are already in our hands, but the scientific analysis will start just now.
We will employ a young researcher in the project in part-time, who will learn the details of interferometric data reduction, molecular spectroscopy, and disk modeling using the best data sets available in the world.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Stars are being born by collecting material from their surroundings. The initial primordial disks disperse in 10 million years and debris disks form, which contain solid bodies from micrometer-size dust grains to thousand km-size planets. The small grains, which are quickly depleted from debris disks, are replenished from collisions between planetesimals. Previously, debris disks were thought to be gas-free. However, our group discovered five disks which contain large amounts of carbon monoxide gas. The main objective of our research is the investigation of this gas component.
In this project we will seek answer to three main questions. (1) Gas-bearing debris disks discovered so far mostly encircle massive, hot, A-type host stars. It is an open question how frequently the debris disks of lower mass, Sun-like, F-K type stars contain gas, thus enabling the late formation of gas giants even after 10 million years. (2) The origin of the gas content of debris disks is currently unknown. In most cases only carbon monoxide was observed so far. If we could detect the spectral lines of other molecules as well, we could use the abundance ratios to decide whether the gas is the remnant of the primordial material, or it is released when previously formed planetesimals collide and erode. (3) An important question is whether there is enough gaseous matter to dynamically interact with the dust and produce local density enhancements in the dust distribution. Using ALMA data we obtained in the previous semesters, we will investigate these three questions.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Our group joined the ALMA-based research and became a world-leading player in the field of debris disks thanks to the support of an MTA Momentum grant. 5 out of the 13 known gaseous debris disks were discovered by our group. The PI of the present proposal, Attila Moór, was invited to give review talks in the topic of young debris disks at international conferences.
Our group has been submitting successful observing time proposals for the ALMA interferometer since its opening in 2011. This allowed us to gain significant experience in designing the complicated interferometric observations, managing the many terabytes of data, and performing a careful data reduction. Based on our extended international collaborations we have access to different world leading physical and chemical modeling tools tailored specifically for for circumstellar disks. The fact that most of the observations are already executed minimizes the risk of our project.
As a reaction to our initial publications, several international groups started working on the field of gaseous debris disks. The proposed project, in particular the detection of more complex molecules than CO is a unique feature, which will ensure that we will stay a step ahead of the competition and will maintain our leading role in this field.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The proposed research project focuses on a group of relatively young stars which are surrounded by a disk of orbiting solid bodies with sizes from micrometer dust grains to 1000 km planetesimals. Such a debris disk exists in the Solar System as well, where photons scattered from dust particles in the ecliptic plane produce the zodiacal light visible in dark nights. Studying similar debris disks around other stars will help to understand also the past of our own Solar System. Planets form in protoplanetary disks around young stars. In time, the gaseous and dusty material of the disk is accreted into the star, removed by the intense stellar radiation, or form planetesimals and later planets. These solid bodies may collide with each other, which create fresh dust in the system, whose thermal emission can be observed at submillimeter wavelengths. The gas component of primordial disks usually disappear within 10 million years, leaving only the dust behind. In 2015, we used APEX, an experimental single dish radio telescope, and discovered an exceptional star, HD 131835, where we detected a weak signal from gas molecules in the disk. In the present project we take advantage of the exceptional sensitivity of the ALMA interferometer, and focus on the question whether the gas molecules in debris disks similar to that of HD 131835 are remnants of the early primordial disk, or the gas is generated by the erosion and evaporation of planetasimals and comets. We will also study how frequently gas in debris disk can be detected around stars similar to the young Sun, and the gas can affect the planet formation process.
|
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Közleményjegyzék |
|
|
Moór, Attila, Kral, Quentin, Ábrahám, Péter, Kóspál, Ágnes, Dutrey, Anne, Di Folco, Emmanuel, Hughes, A. Meredith, Juhász, Attila, Pascucci, Ilaria, and Pawellek, Nicole: New Millimeter CO Observations of the Gas-rich Debris Disks 49 Cet and HD 32297, The Astrophysical Journal,884, pp. 108, 2019 | Pawellek, Nicole, Moór, Attila, Milli, Julien, Kóspál, Ágnes, Olofsson, Johan, Ábrahám, Péter, Keppler, Miriam, Kral, Quentin, Pohl, Adriana, Augereau, Jean-Charles, Boccaletti, Anthony, Chauvin, Gaël, Choquet, Élodie, Engler, Natalia, Henning, Thomas, Langlois, Maud, Lee, Eve J., Ménard, François, Thébault, Philippe, and Zurlo, Alice: A multiwavelength study of the debris disc around 49 Cet, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,488, pp. 3507-3525, 2019 | Pawellek, Nicole, Moór, Attila, Pascucci, Ilaria, and Krivov, Alexander V.: Dust spreading in debris discs: do small grains cling on to their birth environment?, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,487, pp. 5874-5888, 2019 | White, Jacob Aaron, Aufdenberg, J., Boley, A. C., Devlin, M., Dicker, S., Hauschildt, P., Hughes, A. G., Hughes, A. M., Mason, B., Matthews, B., Moór, A., Mroczkowski, T., Romero, C., Sievers, J., Stanchfield, S., Tapia, F., and Wilner, D.: The MESAS Project: Long-wavelength Follow-up Observations of Sirius A, The Astrophysical Journal, 875, pp. 55, 2019 | Klusmeyer, Jessica, Hughes, A. M., Matrà, Luca, Moor, Attila, Kospal, Anges, Öberg, Karin I., Wilner, David, Flaherty, Kevin, Boley, Aaron, Abraham, Peter, and Roberge, Aki: A Deep Search for Five Molecules in the Debris Disk around 49 Ceti, American Astronomical Society Meeting Abstracts #233, pp. 163.12, 2019 | Moór, Attila, Kral, Quentin, Ábrahám, Péter, Kóspál, Ágnes, Dutrey, Anne, Di Folco, Emmanuel, Hughes, A. Meredith, Juhász, Attila, Pascucci, Ilaria, and Pawellek, Nicole: New Millimeter CO Observations of the Gas-rich Debris Disks 49 Cet and HD 32297, The Astrophysical Journal,884, pp. 108, 2019 | Pawellek, Nicole, Moór, Attila, Milli, Julien, Kóspál, Ágnes, Olofsson, Johan, Ábrahám, Péter, Keppler, Miriam, Kral, Quentin, Pohl, Adriana, Augereau, Jean-Charles, Boccaletti, Anthony, Chauvin, Gaël, Choquet, Élodie, Engler, Natalia, Henning, Thomas, Langlois, Maud, Lee, Eve J., Ménard, François, Thébault, Philippe, and Zurlo, Alice: A multiwavelength study of the debris disc around 49 Cet, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,488, pp. 3507-3525, 2019 | Pawellek, Nicole, Moór, Attila, Pascucci, Ilaria, and Krivov, Alexander V.: Dust spreading in debris discs: do small grains cling on to their birth environment?, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,487, pp. 5874-5888, 2019 | White, Jacob Aaron, Aufdenberg, J., Boley, A. C., Devlin, M., Dicker, S., Hauschildt, P., Hughes, A. G., Hughes, A. M., Mason, B., Matthews, B., Moór, A., Mroczkowski, T., Romero, C., Sievers, J., Stanchfield, S., Tapia, F., and Wilner, D.: The MESAS Project: Long-wavelength Follow-up Observations of Sirius A, The Astrophysical Journal, 875, pp. 55, 2019 | Cataldi, Gianni; Wu, Yanqin; Brandeker, Alexis; Ohashi, Nagayoshi; Moór, Attila; Olofsson, Göran; Ábrahám, Péter; Asensio-Torres, Ruben; Cavallius, Maria; Dent, William R. F.; Grady, Carol; Henning, Thomas; Higuchi, Aya E.; Hughes, A. Meredith; Janson, Markus; Kamp, Inga; Kóspál, Ágnes; Redfield, Seth; Roberge, Aki; Weinberger, Alycia; Welsh, Barry: The Surprisingly Low Carbon Mass in the Debris Disk around HD 32297, The Astrophysical Journal, 892, Issue 2, id.99, 2020 | Moór, Attila; Pawellek, Nicole; Ábrahám, Péter; Kóspál, Ágnes; Vida, Krisztián; Pál, András; Dutrey, Anne; Folco, Emmanuel Di; Hughes, A. Meredith; Kral, Quentin; Pascucci, Ilaria: The Big Sibling of AU Mic: A Cold Dust-rich Debris Disk around CP-72 2713 in the β Pic Moving Group, The Astronomical Journal, 159, Issue 6, id.288, 2020 | Rebollido, I.; Eiroa, C.; Montesinos, B.; Maldonado, J.; Villaver, E.; Absil, O.; Bayo, A.; Canovas, H.; Carmona, A.; Chen, Ch.; Ertel, S.; Henning, Th.; Iglesias, D. P.; Launhardt, R.; Liseau, R.; Meeus, G.; Moór, A.; Mora, A.; Olofsson, J.; Rauw, G. Riviere-Marichalar, P.: Exocomets: A spectroscopic survey, Astronomy & Astrophysics, Volume 639, id.A11, 2020 | Moór, Attila; Pawellek, Nicole; Ábrahám, Péter; Kóspál, Ágnes; Vida, Krisztián; Pál, András; Dutrey, Anne; Folco, Emmanuel Di; Hughes, A. Meredith; Kral, Quentin; Pascucci, Ilaria: The Big Sibling of AU Mic: A Cold Dust-rich Debris Disk around CP-72 2713 in the β Pic Moving Group, The Astronomical Journal, 159, Issue 6, id.288, 2020 | Higuchi, Aya E., Kóspál, Ágnes, Moór, Attila, Nomura, Hideko, and Yamamoto, Satoshi: Physical Conditions of Gas Components in Debris Disks of 49 Ceti and HD 21997, The Astrophysical Journal, Volume 905, Issue 2, id.122, 2020 | Moór, Attila, Ábrahám, Péter, Szabó, Gyula, Vida, Krisztián, Cataldi, Gianni, Derekas, Alíz, Henning, Thomas, Kinemuchi, Karen, Kóspál, Ágnes, Kovács, József, Pál, András, Sarkis, Paula, Seli, Bálint, Szabó, Zsófia M., Takáts, Katalin: A New Sample of Warm Extreme Debris Disks from the ALLWISE Catalog, The Astrophysical Journal, Volume 910, Issue 1, id.27, 2021 | Nederlander, Ava, Hughes, A. Meredith, Fehr, Anna J., Flaherty, Kevin M., Su, Kate Y. L., Moór, Attila, Chiang, Eugene, Andrews, Sean M., Wilner, David J., Marino, Sebastian: Resolving Structure in the Debris Disk around HD 206893 with ALMA, The Astrophysical Journal, Volume 917, Issue 1, id.5, 2021 | Norfolk, Brodie J., Maddison, Sarah T., Marshall, Jonathan P., Kennedy, Grant M., Duchêne, Gaspard, Wilner, David J., Pinte, Christophe, Moór, Attila, Matthews, Brenda, Ábrahám, Péter, Kóspál, Ágnes, van der Marel, Nienke: Four new PLanetesimals Around TYpical and Pre-main seqUence Stars (PLATYPUS) Debris Discs at 8.8mm, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,507, pp. 3139-3147, 2021, 2021 | Klusmeyer, Jessica, Hughes, A. Meredith, Matra, Luca, Flaherty, Kevin, Kospal, Agnes, Moor, Attila, Roberge, Aki, Oberg, Karin, Boley, Aaron, White, Jacob, Wilner, David, and Abraham, Peter: A Deep Search for Five Molecules in the 49 Ceti Debris Disk, eprint arXiv:2107.07435, 2021 |
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
vissza »
|
![](img/space.gif) |
|