Изменение HDO/H₂O в протопланетных дисках при аккреционных вспышках: модельные предсказания для FU Ori-дисков.
HDO/H₂O Variation in Protoplanetary Disks During Accretion Outbursts: Model Predictions for FU Orionis Disks

Вспышки светимости типа FU Ori (фуоров) позволяют наблюдать в газовой фазе молекулы, которые в типичном протопланетном диске находятся в основ-ном в ледяной фазе. В диске фуора V883 Ori впервые измерено высокое отношение HDO/H₂O ≈ (2.1–2.3)×10⁻³ [1]. С помощью астрохимического кода ANDES проведено моделирование эволюции распределений H₂O и HDO в диске V883 Ori (M_disk = 0.05 M⊙, R = 125 а.е.) под действием вспышек светимости различной амплитуды (400, 2000, 4000, 10000 L⊙) и при различной продолжительности предвспышечной химической эволюции (Δt = 10⁵–10⁶ лет). Учтена структура диска и окружающей оболочки, а также сетка химических реакций с фракционированием дейтерия (1247 компонентов, 38347 реакций). Наблюдаемое положение линии льдов воды на расстоянии 40–100 а.е. требует светимости порядка 10³–10⁴ L⊙, что не согласуется с текущей болометрической светимостью объекта (≤400 L⊙). Моделирование показывает, что наибольшее согласие с наблюдаемым радиальным профилем HDO/H₂O [1] достигается при вспышке амплитудой 10000 L⊙. Модели с амплитудой 400 L⊙ предсказываютпик отношения HDO/H₂O в области 60–100 а.е. и более низкое значение на расстоянии >100 а.е., что не согласуется с наблюдаемым однородным профилем HDO/H₂O. Сценарий с двумя последовательными вспышками (10000 L⊙ + 400 L⊙) демонстрирует профиль HDO/H₂O, близкий к случаю одиночной вспышки 10000 L⊙ и согласующийся с наблюдениями, указывая на сохранение "химической памяти" о яркой вспышке в течение ∼100 лет. Влияние промежутка до вспышки (Δt) существенно при умеренных амплитудах (400 L⊙): увеличение Δt приводит к снижению HDO/H₂O, отражающему химическую эволюцию льда. Для экстремальных вспышек (10000 L⊙) зависимость от Δt незначительна из-за доминирования процессов, активируемых во время вспышки. Высокое HDO/H₂O может сохраняться после многократных вспышек, поддерживая гипотезу об "унаследованном" льде из молекулярного облака, что согласуется с данными по кометам [2]. Расхождение между наблюдаемой светимостью и модельными требованиями может объясняться наличием прошлой мощной вспышки (∼10000 L⊙), не учтенным вязким нагревом в срединной плоскости [3,4] или нестационарным охлаждением диска [5]. Наблюдаемые аномалии в распределении HDO/H₂O и положении линии льдов подчеркивают важность учета остаточных эффектов химической эволюции при интерпретации состава протопланетных дисков. Работа выполнена при поддержке госзадания Минобрнауки РФ (GZ0110/23-10-IF). 


[1] J. J. Tobin, M. L. R. van’t Hoff, M. Leemker, E. F. van Dishoeck, T. Paneque-Carreño, K. Furuya, D. Harsono, M. V. Persson, L. I. Cleeves, P. D. Sheehan, et al., Nature (London) 615, 227 (2023) [2] R. Meier, T. C. Owen, H. E. Matthews, D. C. Jewitt, D. Bockelee-Morvan, N. Biver, J. Crovisier, and D. Gautier, Science 279, 842 (1998) [3] F. Alarcón, S. Casassus, W. Lyra, S. Pérez, and L. Cieza, MNRAS 527, 9655 (2024) [4] T. Ueda, S. Okuzumi, A. Kataoka, and M. Flock, A&A 675, A176 (2023) [5] E. I. Vorobyov, Y. N. Pavlyuchenkov, and P. Trinkl, Astronomy Reports 58, 522 (2014)