CO-CH4 Equilibrium and Disequilibrium Chemistry in the Protosolar Disk

Year 2022, , 22 - 29, 31.12.2022

Gül Sevin Pekmezci , J I L , O M

https://doi.org/10.55064/tjaa.1134083

Abstract

In this study, the chemistry of the CO - CH4 transformation in the Protosolar Disk is analyzed by the thermochemical equilibrium and the non-equilibrium methods. With the equilibrium approach, the variation of the carbon conversion reaction in the disk between 100-2000 K temperature is computed by an advanced chemical code and the results are compared with the measurements or observations made for the giant planet atmospheres of the Solar System. However, since the disk maintains favorable conditions for this reaction only for a limited time and temperature, the transformation is expected to quench over time as the disk cools off. Therefore, the quench temperature range is calculated, and the chemical composition of the Protosolar Disk is documented in detail with a large pool of chemical species. The findings of the study, in addition to being highly detailed compared to their counterparts in the literature, are also in line with expectations.

Keywords

astrochemistry, cosmochemistry, Solar disk

Erken Dönem Güneş Diski Karbon Denge ve Denge Dışı Kimyası

Abstract

Bu çalışmada Öngüneş Diski’nde gerçekleşen CO - CH4 dönüşümünün kimyası, önce termokimyasal denge metodu ve ardından denge dışı hesabı ile analiz edilmektedir. Denge yaklaşımıyla diskteki karbon dönüşüm tepkimesinin 100-2000 K sıcaklığı arasındaki değişimi ileri düzey bir kimyasal kod ile hesaplanmış ve sonuçlar Güneş Sistemi’nin dev gezegen atmosferleri için yapılmış ölçüm veya gözlemlerle kıyaslanmıştır. Fakat bu tepkime için diskteki uygun koşullar yalnızca sınırlı bir süre ve sıcaklıkta var olur. Diskin soğumasıyla bu dönüşümün durması beklenir. Dönüşümün sönmesi için sıcaklık aralığı ve Öngüneş Diski kimyasal kompozisyonu büyük bir kimyasal çeşitlilik ile ayrıntılı olarak hesaplanmıştır. Çalışmanın bulguları beklentiler doğrultusundadır ve literatürdeki benzerlerine kıyasla oldukça detaylıdır.bulguları beklentiler doğrultusundadır ve literatürdeki benzerlerine kıyasla oldukça detaylıdır.

Keywords

astrochemistry, cosmochemistry, Solar disk

References

• Aikawa Y., Umebayashi T., Nakano T., ve ark., 1997, The ApJ 486, L51
• Aikawa Y., Umebayashi T., Nakano T., ve ark., 1999, ApJ 519, 705
• Aikawa Y., 2003, Highl. Astr. 13, XXVth Gen. Ass. IAU, Sydney, 13-26 Temmuz
• Anders E., Grevesse N., 1989, Geoch. & Cosmoch. Acta 53, 197
• Banzatti, A., Pascucci, I., Bosman, A. D., ve ark., 2020, ApJ 903, id.124
• Bézard B., Lellouch E., Strobel D., ve ark., 2002, Icarus 159, 95
• Bond J. C., Lauretta D. S., O’Brien D. P., 2010a, Icarus 205, 321
• Bond J. C., O’Brien D. P., Lauretta D. S., 2010b, ApJ 715, 1050
• Booth, R. A., Clarke, C. J., 2018, MNRAS 473, 757 .................
• Booth, R. A., Ilee, J. D., 2019, MNRAS 487, 3998 .................
• Boss A. P., 2004, ApJ 616, 1265 ..................................
• Burrows A., Sharp C. M., 1999, ApJ 512, 843 .................
• Cridland, A. J., van Dishoeck, E. F., Alessi, M., ve ark., 2020, A&A 642, id.A229
• Cyr K. E., Sharp C. M., Lunine J. I., 1999, Jour. Geoph. Res. 104, 19003
• Fegley B., Lodders K., 1996, ApJ 472, L37 .................
• Fegley B., Prinn R. G., 1985, ApJ 299, 1067 .................
• Fegley B., 1988, Workshop on the Origins of Solar Systems 51-59, MIT
• Fegley B., 2000, Space Science Reviews 92, 177
• Fletcher L. N., Swinyard B., Salji C., ve ark. 2012, A&A 539, id. A44
• Guillot T., Atreya S., Charnoz S., ve ark., 2009, Saturn from Cassini-Huygens, 745, Springer
• Hubbard W. B., 1997, Science 275, 1279 .................
• Hueso R., Guillot T., 2005, A&A 442, 703 .................
• Jasper A.W., Klippenstein S.J., Harding L.B., ve ark., 2007, Jour.Phys. Chem. A 111, 3932
• Kress M. E., Tielens A. G. G. M., 2001, Meteo. & Pla. Sci. 36, 75
• Krijt, S., Bosman, A. D., Zhang, K., ve ark., 2020, ApJ 899, id.134
• Kroto H. W., Heath J. R., O’Brien S. C., ve ark. 1985, Nature 318, 162
• Kunde V. G., Flasar F. M., Jennings D. E., ve ark., 2004, Science 305, 1582
• Lewis J. S., Barshay S. S., Noyes B., 1979, Icarus 37, 190 .................
• Lewis J. S., Prinn R. G., 1980, ApJ 238, 357 .................
• Lewis J. S., 1974, Science 186, 440 .................
• Lewis J.S., 2004, Physics and Chemistry of the Earth, Elsevier
• Liang M.-C., Parkinson C. D., Lee A. Y.-T., ve ark., 2003. ApJ 596, L247
• Lindal G. F., Lyons J. R., Sweetnam D. N., ve ark., 1987, Jour. Geoph. Res 92, 14987
• Lodders K., Fegley B., 1999, Asymptotic Giant Branch Stars, IAU Symposium #191, LOC: 99-62044, 279
• Lodders K., Fegley B., 2002, Icarus 155, 393 .................
• Lodders K., 2003, ApJ 591, 1220 .................
• Lunine J.I., 1993, Ann. Rev. A&A 31, 217 .................
• Luszcz-Cook S. H., de Pater I., 2012, Icarus 222, 379
• Miley, J. M., Panić, O., Booth, R. A., ve ark., 2021, MNRAS 500, 4658
• Moses J. I., Visscher C., Fortney J. J., ve ark., 2011, ApJ 737, id. 15
• Moses J. I., Madhusudhan N., Visscher C., ve ark., 2013, ApJ 763, id. 25
• Mousis, O., Aguichine, A., Helled R., ve ark., 2020, Phil. Trans. R. Soc. A 378
• Notsu, S., Eistrup, C., Walsh, C., ve ark., 2020, MNRAS 499, 2229
• Pekmezci, G. S., Mousis, O., Lunine, J. I., 2020, ApJ 904, id.129
• Petigura E., Marcy G., 2011, Jour. Astroph. 735, id.41
• Piso, A.-M. A., Pegues, J., Öberg, K. I., 2016, ApJ 833, 8
• Pontoppidan, K. M., Salyk, C., Bergin, E. A., ve ark., 2014, Protostars & Planets VI, 363
• Prinn, R. G., Barshay, S. S., 1977, Science 198, 1031
• Prinn R. G., Fegley B., 1981, ApJ 249, 308 .................
• Prinn R. G., 1993, Protostars and Planets III, 1005
• Roine A., 2006, HSC Chemistry 7.1 Commercial Package
• Saumon D., Geballe T. R., Leggett S. K., ve ark., 2000, ApJ 541, 374
• Semenov D., Hersant F., Wakelam V., ve ark., 2010, A&A 552, id.A42
• Semenov, D., Favre, C., Fedele, D., ve ark., 2018, A&A 617, id.A28
• Semenov D., Wiebe D., 2011, ApJ SS 196, id. 25
• Simonelli D. P., Pollack J. B., McKay C. P., ve ark., 1989, Icarus 82, 1
• Studier M. H., Hayatsu R., Anders E., 1968, Geoch. & Cosmoch. Acta 32, 151
• Tsang W., 1987, Jour. Phys. Chem. Ref. Data 16, 471
• Turrini, D., Schisano, E., Fonte, S., ve ark., 2021, ApJ 909, id.40
• Visscher C., Moses J. I., Saslow S. A., 2010, Icarus 209, 602
• Visscher C., Moses J. I., 2011, ApJ 738, id. 72 .................
• Walsh, C., Herbst, E., Nomura, H., ve ark., 2014, Faraday Disc. 168, 389
• Walsh, C., Nomura, H., van Dishoeck, E., 2015, A&A 582, id.A88
• Wishnow E. H., Orton G. S., Ozier I., ve ark., 2007, Jour. Quant. Spect. & Radi. Tra. 103, 102
• Wong, M. H., Lunine, J. I., Atreya, S. K., ve ark., 2008, RvMG, 68, 219
• Yelle R. V., Herbert F., Sandel B. R., ve ark., 1993, Icarus 104, 38