CO-CH4 Equilibrium and Disequilibrium Chemistry in the Protosolar Disk

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

• astrochemistry
• cosmochemistry
• Solar disk

References

1. Aikawa Y., Umebayashi T., Nakano T., ve ark., 1997, The ApJ 486, L51
2. Aikawa Y., Umebayashi T., Nakano T., ve ark., 1999, ApJ 519, 705
3. Aikawa Y., 2003, Highl. Astr. 13, XXVth Gen. Ass. IAU, Sydney, 13-26 Temmuz
4. Anders E., Grevesse N., 1989, Geoch. & Cosmoch. Acta 53, 197
5. Banzatti, A., Pascucci, I., Bosman, A. D., ve ark., 2020, ApJ 903, id.124
6. Bézard B., Lellouch E., Strobel D., ve ark., 2002, Icarus 159, 95
7. Bond J. C., Lauretta D. S., O’Brien D. P., 2010a, Icarus 205, 321
8. Bond J. C., O’Brien D. P., Lauretta D. S., 2010b, ApJ 715, 1050

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