Measuring the gas mass of the protoplanetary disk around HD 179218 with CO isotopologues
Auteurs : Nina Weichmann, Ke Zhang, Leon Trapman, Ao Zhang
Résumé scientifique
Carbon monoxide (CO) isotopologues are widely used to estimate protoplanetary disk gas masses, but their reliability is often compromised by CO freeze-out and subsequent chemical processing. The disk around the luminous Herbig star HD~179218 ($L_* \sim 100\,L_\odot$, $M_* \sim 3.0\,M_\odot$) offers a rare test case of CO-based mass measurements. Its CO snowline lies beyond the outer disk edge, and thus CO remains in the gas phase throughout. We present ALMA and NOEMA observations of six CO isotopologue lines ($^{13}$CO, C$^{18}$O, and C$^{17}$O, $J$=2--1 and 1--0). Fitting the spectral energy distribution yields $M_{dust} \approx 3 \times 10^{-5}\, M_\odot$. Modeling CO isotopologue emission with the thermochemical code DALI yields the gas-disk characteristic radius ($R_{c} \approx 90$~au) and the gas mass ($M_{gas} \approx 8 \times 10^{-3}\, M_\odot$). These results yield a gas-to-dust ratio of $\sim$270 for our fiducial dust opacity ($a_{\rm max} = 1$~mm), above the canonical interstellar value of $\sim$100. The thermal structure of our best-fitting model confirms that CO never freezes out in this disk, so the elevated ratio is not an artifact of CO depletion; together with the compact millimeter dust disk relative to the gas disk, it is consistent with substantial inward radial drift of millimeter dust. In addition, we find a gas cavity inside 50\,au that encloses the compact millimeter dust disk---the inverse of a typical transition disk---which we attribute to photoevaporative clearing of the inner gas after the pebbles drifted inward. HD~179218 thus provides a clean benchmark for studying the gas mass distribution and gas--dust interaction in protoplanetary disks, free from the CO-depletion biases that affect colder disks.
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Modelling the Spatial Distribution and Origin of CO Gas in Debris DisksAntonio Hales, Uma Gorti, John Carpenter et al. · 2019 · Solar and Stellar Astrophysics · cité 10 fois · Résumé IA disponible
Modelling the gaz CO de trois disques de débris pour distinguer ses origines primordiale et cométaire, plutôt que mesurer la masse d’un disque protoplanétaire sans gel du CO.
Résumé scientifique
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New millimeter CO observations of the gas-rich debris disks 49 Cet and HD 32297Attila Moór, Quentin Kral, Péter Ábrahám et al. · 2019 · Earth and Planetary Astrophysics · cité 30 fois · Résumé IA disponible
New millimeter CO observations mesure ¹³CO et C¹⁸O dans deux disques de débris riches en gaz, afin d’expliquer leur abondance par l’auto-écrantage.
Résumé scientifique
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Inferring the Gas-to-Dust Ratio in the Main Planet-Forming Region of DisksAdam S. Jermyn, Mihkel Kama · 2022 · Research Notes of the AAS 6 (2022) · Résumé IA disponible
Inferring the Gas-to-Dust Ratio estime le rapport gaz-poussière des régions internes par les abondances d’éléments réfractaires, plutôt que par les isotopologues du CO.
Résumé scientifique
Measuring the amount of gas and dust in protoplanetary disks is a key challenge in planet formation studies. Here we provide a new set of dust depletion factors and relative mass surface densities of gas and dust for the innermost regions of a sample of protoplanetary disks. We do this by combining stellar theory with observed refractory element abundances in both disk hosts and open cluster stars. Our results are independent of, and complementary to, those obtained from spatially resolved disk observations.
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Survey of planetesimal belts with ALMA: gas detected around the Sun-like star HD 129590Quentin Kral, Luca Matra, Grant Kennedy et al. · 2020 · Earth and Planetary Astrophysics · cité 17 fois · Pas encore résumé
Survey of planetesimal belts recherche le gaz et la poussière millimétrique autour d’étoiles de la séquence principale, dans des ceintures de planétésimaux plutôt que des disques protoplanétaires.
Résumé scientifique
Gas detection around main sequence stars is becoming more common with around 20 systems showing the presence of CO. However, more detections are needed, especially around later spectral type stars to better understand the origin of this gas and refine our models. To do so, we carried out a survey of 10 stars with predicted high likelihoods of secondary CO detection using ALMA in band 6. We looked for continuum emission of mm-dust as well as gas emission (CO and CN transitions). The continuum emission was detected in 9/10 systems for which we derived the discs' dust masses and geometrical properties, providing the first mm-wave detection of the disc around HD 106906, the first mm-wave radius …
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Thermochemical constraints on a primordial-origin of gas-rich debris disksH. Mitani, W. Ooyama, R. Nakatani et al. · 2026 · arXiv (Cornell University) preprint · Résumé IA disponible
Thermochemical constraints teste si le gaz des disques de débris riches en CO est primordial, tandis que HD 179218 fournit un exemple de gaz protoplanétaire sans épuisement du CO.
En bref
Des disques primordiaux pauvres en poussière restent chimiquement compatibles avec les disques de débris riches en CO sous faible ionisation, mais prédisent une émission de carbone neutre trop étendue.
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Thermochemical constraints on a primordial-origin of gas-rich debris disksH. Mitani, W. Ooyama, R. Nakatani et al. · 2026 · Earth and Planetary Astrophysics · Résumé IA disponible
Thermochemical constraints teste si le gaz des disques de débris riches en CO est primordial, tandis que HD 179218 fournit un exemple de gaz protoplanétaire sans épuisement du CO.
En bref
Des disques primordiaux pauvres en poussière peuvent reproduire les contraintes chimiques des disques de débris riches en CO sous faible ionisation, mais leur émission de carbone neutre reste trop étendue.
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H2 and CO emission from disks around TTauri and HerbigAe pre-main-sequence stars and from debris disks around young stars: warm and cold circumstellar gasW. F. Thi, E. F. van Dishoeck, G. A. Blake et al. · 2001 · astro-ph · cité 182 fois · Pas encore résumé
H2 and CO emission observe le gaz chaud et froid de disques autour d’étoiles pré-séquence principale et de débris, sans mesurer la masse via plusieurs isotopologues.
Résumé scientifique
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ALMA Observations of the HD~110058 debris diskAntonio S. Hales, SebastiÁn Marino, Patrick D. Sheehan et al. · 2022 · Solar and Stellar Astrophysics · cité 16 fois · Résumé IA disponible
ALMA Observations résout les distributions de gaz et de poussière d’un disque de débris, tandis que l’étude mesure la masse du disque protoplanétaire HD 179218.
Résumé scientifique
We present Atacama Large Millimeter Array (ALMA) observations of the young, gas-rich debris disk around HD110058 at 0.3-0.6\arcsec resolution. The disk is detected in the 0.85 and 1.3~mm continuum, as well as in the J=2-1 and J=3-2 transitions of $^{12}$CO and $^{13}$CO. The observations resolve the dust and gas distributions and reveal that this is the smallest debris disk around stars of similar luminosity observed by ALMA. The new ALMA data confirm the disk is very close to edge-on, as shown previously in scattered light images. We use radiative transfer modeling to constrain the physical properties of dust and gas disks. The dust density peaks at around 31~au and has a smooth outer edge …
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Mis à jour le 4 novembre 2026.