Projekta nosaukums: “Organisko vielu evolūcija zvaigžņu un planētu veidošanās reģionos”/ Angļu val. „ Evolution of Organic Matter in the Regions of Star and Planet Formation”

Projekta Nr. lzp-2018/1-0170

Projekta akronīms: OMG

Grāmatvedības akronīms: z-A.V.

Programma: Latvijas Zinātnes Padomes grants

Projekta iesniedzējs: Ventspils Augstskola, Inženierzinātņu institūts „Ventspils Starptautiskais radioastronomijas centrs” (VeA IZI VSRC)

Projekta zinātniskais vadītājs: PhD Antons Vasjunins

Projekta realizēšanas periods: 01.09.2018. – 31.08.2021. (36 mēneši, 3 atskaites periodi)

Projekta finansējums: 300 000.00 EUR

Kontakti: Projekta zinātniskais vadītājs – Antons Vasjunins, anton.vasyunin@venta.lv

Projekta īss kvalitatīvais apraksts un mērķis

Dzīvības izcelšanās Visumā ir viens no mūsdienu zinātnes fundamentālajiem jautājumiem. Starpzvaigžņu vidē esošo molekulu astrofizikāli pētījumi papildina izpratni par šo problēmu. Astronomiskie novērojumi liecina, ka organiskie savienojumi veidojas dažādās protozvaigžņu evolūcijas stadijās, ieskaitot pašas agrākās.

Neskatoties uz to, izpratne par mehānismiem un faktoriem, kas ietekmē organisko vielu veidošanos kosmosā, ir nepilnīga. Projekta pieteikums ir veltīts pētījumiem par organisko savienojumu rašanās ceļiem un evolūciju zvaigžņu veidošanās apgabalos dažādos to attīstības posmos. Pieteiktā pētījuma rezultāti papildinās zināšanas par organisko vielu veidošanās apstākļiem Galaktikā, šī procesa atslēgas mehānismiem un evolūciju, un par augstāko iespējamo organisko savienojumu sarežģītību, kas var tikt sasniegta protozvaigžņu objektos. Projekta ietvaros ir plānots ar novērojumiem un teorētiski ar skaitliskiem modeļiem pētīt organisko savienojumu ķīmiju dažādos zvaigžņu veidošanās posmos – no pirms-zvaigžņu kodoliem līdz protoplanetārajiem diskiem. Novērojumu dati tiks iegūti ar Ventspils Starptautiskā radioastronomijas centra radioteleskopiem, kā arī pasaulē labākajiem radioastronomijas instrumentiem. Tiks veidoti skaitliski modeļi protozvaigžņu ķīmiskās un dinamiskās evolūcijas atveidošanai. Projekts tieši atbilst Latvijas prioritārajiem zinātnes virzieniem 2018.-2020. gadam: 1. Dabas zinātnes / 1.2. Fizikālās zinātnes / fundamentāli pētījumi radioastronomijā. Prioritāro virzienu “Tehnoloģijas, materiāli un inženiersistēmas produktu un procesu pievienotās vērtības palielināšanai un kiberdrošībai” atbalsta projektā plānotie fundamentālie pētījumi kriogēnisku materiālu teorijā, izveidotā programmatūra šādu materiālu modelēšanai, kā arī attīstītā programmatūra radioantenu uzvadīšanai.
Projektā ir paredzēti pieci pētījumu virzieni:

1. Zvaigžņu veidošanās reģionu, kuros ir liels organisko savienojumu skaits (W3 (OH), G34.24 + 0.13, S235, L1544, u.c.), struktūras un kinemātikas novērojumi, izmantojot gan datus, kas iegūti no metanola māzeru novērojumiem ar VSRC teleskopiem, gan novērojumu datus par šo zvaigžņu veidošanās rajonu molekulām, ko ieguvuši projekta ārējie parteri ar pasaules jaudīgākajām radioastronomijas iekārtām, piemēram, IRAM 30m, NOEMA un ALMA. Novēroto objektu atrašanās vietas noteikšana attiecībā pret citām zvaigznes veidojošo apgabalu sastāvdaļām (HII reģioni, jauni zvaigžņu objekti, strūklas no jauniem zvaigžņu objektiem utt.). Šo sastāvdaļu mijiedarbības loma organisko molekulu koncentrāciju paaugstināšanā. Novērojumi, lai noskaidrotu dažādu sarežģīto molekulu koncentrāciju saistību ar zvaigznes un planētas veidojošo objektu evolūcijas posmu. Fizikālo apstākļu noteikšana novēroto molekulu modelēšanas vajadzībām. Darbs pie kosmiskajiem novērojumiem tiks veikts visu projekta laiku, vēlākajos posmos galveno uzmanību pievēršot datu apstrādei un interpretācijai. 
   
2. Starpzvaigžņu putekļu daļiņu ledus apvalka trīsdimensiju mikroskopiskā skaitliskā modeļa izstrāde. Ledus mikroskopiskās struktūras pētīšana. Atomu un ķīmiski aktīvo radikāļu difūziju regulējošo parametru novērtējums ledus tilpumā un uz ledainās apvalciņa virsmas atkarībā no ledus struktūras; skaitlisko rezultātu salīdzinājums ar eksperimentālajiem datiem par atomu un molekulu difūzijas efektivitāti uz starpzvaigžņu ledus analogu virsmas un tilpumā. Iegūto atomu un radikāļu difūzijas efektivitātes parametru pielāgošana iekļaušanai makroskopiskos astroķīmiskajos modeļos.
   
3. Ķīmiskās evolūcijas modelēšana jaunu un masīvu zvaigžņu plašajiem molekulārās gāzes apvalkiem. Pētījumi par organisko molekulu, ieskaitot metanolu, veidošanos. Fizikālo apstākļu noteikšana apgabalā, kurā atrodas šīs molekulas; raksturīgais gāzēs esošo molekulu pastāvēšanas ilgums un māzera starojuma iespējamība, kā arī šo datu salīdzināšana ar novērojumu rezultātiem. Modeļa iteratīva pielāgošana. No 2. pētījumu virziena iegūtie atomu un radikāļu difūzijas datu integrēšana astroķīmiskajos modeļos, ar ko tiks pētīta organisko molekulu veidošanās.
   
4. Mākoņu sākotnējo veidošanās apstākļu, kā arī pirms-zvaigžņu miglāju kodolu sabrukšanas dinamikas ietekmes izpēte uz organisko un prebiotisko molekulu veidošanos un evolūciju līdz t.s. “pirmā hidrostatiskā kodola” (protozvaigznes aizmetņa) veidošanās robežai. Šī uzdevuma risināšanai tiks izstrādāts pirms-zvaigžņu kodolu evolūcijas ķīmiski dinamiskais modelis. Tas ietvers uzlabotu sarežģīto organisko savienojumu veidošanās modeli aukstos (gāzu un putekļu temperatūra ap 10 K) starpzvaigžņu miglājos (Vasyunin & Herbst 2013b, Vasyunin et al. 2017) un Pavlyuchenkov & Zhilkin (2013) vienas dimensijas hidrodinamisko kodu. Skaitliskās modelēšanas pētījumi par iespējām veidoties glicīnam u.c. organiskajām molekulām dažādos zvaigžņu veidošanās posmos ar atšķirīgu mākoņu masu, lielumu un evolūcijas gaitu. 
   
5. Plānots izpētīt, cik lielā mērā organiskās vielas protoplanetārajos diskos, kuros drīz izveidosies planētas, tiek mantotas no iepriekšējiem protozvaigznes attīstības posmiem un cik svarīga ir organisko un prebiotisko molekulu in situ sintēze protoplanetārajos diskos.

Kontakti: 

Projekta administratīvā vadītāja – Ieva Kozlova, ieva.kozlova@venta.lv