Water vapor in the protoplanetary disk of DG Tau

Auteurs : L. Podio, I. Kamp, C. Codella, S. Cabrit, B. Nisini, C. Dougados, G. Sandell, J. P. Williams, L. Testi, W. -F. Thi, P. Woitke, R. Meijerink, M. Spaans, G. Aresu, F. Menard, C. Pinte

arXiv: 1302.1410v1 - DOI (astro-ph.SR)
6 pages, 2 figures, 3 tables, letter accepted for publication on ApJ

Résultats du processus de synthèse de l'article arXiv : 1302.1410v1

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L'eau est essentielle à l'évolution des disques protoplanétaires et à la formation de comètes et de planètes glacées. Des lignes d'eau à haute excitation provenant du disque interne chaud ont été détectées dans plusieurs étoiles T Tauri (TTS), mais la vapeur d'eau provenant du disque externe, où se trouvent les principaux réservoirs de glace d'eau, n'a été signalée que pour le proche TTS TW Hya. Des observations Herschel / HIFI résolues en spectre des transitions ortho- et para-eau à l'état fondamental à 557 et 1113 GHz du jeune TTS DG Tau montrent un profil étroit à double pic cohérent avec une origine dans le disque externe. Ces lignes sont ~19-26 fois plus lumineuses que celles de TW Hya. Les lignes CO et [C II] sont dominées par l'émission de l'enveloppe / écoulement, ce qui rend les lignes H2O un traceur unique du disque de DG Tau. La modélisation du disque avec le code thermo-chimique ProDiMo indique qu’un fort champ UV chauffe une couche supérieure du disque jusqu’à 600 K et produit les brillantes lignes d’eau observées. Les modèles suggèrent une masse de disque comprise entre 0,015 et 0,1 Msun ainsi qu’un réservoir d’eau total estimé entre 1x102 - 1x103 océans terrestres en vapeur et environ 100 fois plus grand sous forme de glace. Cette observation soutient donc le scénario selon lequel des corps glacés formés dans le disque externe livrent des océans sur les planètes telluriques par impact.
Mots clés générés par l'IA : Eau disque protoplanétaire comète planète glacée ProDiMo

Points clés générés par l'IA

  • L'eau est essentielle à l'évolution des disques protoplanétaires et à la formation de comètes et de planètes glacées.
  • Des lignes d'eau à haute excitation ont été détectées dans plusieurs étoiles T Tauri provenant du disque interne chaud.
  • La vapeur d'eau provenant du disque externe, où se trouvent les principaux réservoirs de glace d'eau, n'a été signalée que pour le proche TTS TW Hya.
  • Des observations Herschel / HIFI résolues en spectre des transitions ortho- et para-eau à l'état fondamental à 557 et 1113 GHz du jeune TTS DG Tau montrent un profil étroit à double pic cohérent avec une origine dans le disque externe.
  • Les lignes CO et [C II] sont dominées par l'émission de l'enveloppe / écoulement, ce qui rend les lignes H2O un traceur unique du disque de DG Tau.
  • La modélisation du disque avec le code thermo-chimique ProDiMo indique qu’un fort champ UV chauffe une couche supérieure du disque jusqu’à 600 K et produit les brillantes lignes d’eau observées.
  • Les modèles suggèrent une masse de disque comprise entre 0,015 et 0,1 Msun ainsi qu’un réservoir d’eau total estimé entre 1x102 - 1x103 océans terrestres en vapeur et environ 100 fois plus grand sous forme de glace.
  • Cette observation soutient donc le scénario selon lequel des corps glacés formés dans le disque externe livrent des océans sur les planètes telluriques par impact.
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Résumé : Water is key in the evolution of protoplanetary disks and the formation of comets and icy/water planets. While high excitation water lines originating in the hot inner disk have been detected in several T Tauri stars (TTSs), water vapor from the outer disk, where most of water ice reservoir is stored, was only reported in the closeby TTS TW Hya. We present spectrally resolved Herschel/HIFI observations of the young TTS DG Tau in the ortho- and para- water ground-state transitions at 557, 1113 GHz. The lines show a narrow double-peaked profile, consistent with an origin in the outer disk, and are ~19-26 times brighter than in TW Hya. In contrast, CO and [C II] lines are dominated by emission from the envelope/outflow, which makes H2O lines a unique tracer of the disk of DG Tau. Disk modeling with the thermo-chemical code ProDiMo indicates that the strong UV field, due to the young age and strong accretion of DG Tau, irradiates a disk upper layer at 10-90 AU from the star, heating it up to temperatures of 600 K and producing the observed bright water lines. The models suggest a disk mass of 0.015-0.1 Msun, consistent with the estimated minimum mass of the solar nebula before planet formation, and a water reservoir of ~1e2-1e3 Earth oceans in vapour, and ~100 times larger in the form of ice. Hence, this detection supports the scenario of ocean delivery on terrestrial planets by impact of icy bodies forming in the outer disk.

Soumis à arXiv le 06 Fév. 2013

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