[論文レビュー] A sensitive 3 mm line survey of L483: a broad view of the chemical composition of a core around a Class 0 object

M. Agúndez, N. Marcelino+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 192被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、IRAM 30m電波望遠鏡を用いて、クラス0のプロト星L483の3 mm帯域における高感度ラインサーベイを実施し、冷たく静穏なコアで71種類の分子（同位体異性体を含め140種類）を検出した。その結果、コアの化学組成は主に前身星段階から引き継がれており、同位体の異常および中程度のデューテリウム分馏が、前身星からプロト星への移行段階で化学的分離がほとんど起こらなかったことを示唆している。

ABSTRACT

We present an IRAM 30m line survey of the dense core L483 in the 3 mm band. We detected 71 molecules (140 including different isotopologs), most of which are present in the cold and quiescent ambient cloud. Of particular interest among the detected molecules are the cis isomer of HCOOH, the complex organic molecules HCOOCH3, CH3OCH3, and C2H5OH, a wide variety of carbon chains, nitrogen oxides like N2O, and saturated molecules like CH3SH. In general, fractional molecular abundances in L483 are systematically lower than in TMC-1 (especially for carbon chains), tend to be higher than in L1544 and B1-b, and are similar to those in L1527. Apart from the overabundance of carbon chains in TMC-1, we find that L483 does not have a marked chemical differentiation with respect to starless/prestellar cores like TMC-1 and L1544, although it does chemically differentiate from Class 0 hot corino sources like IRAS 16293-2422. This fact suggests that the chemical composition of the ambient cloud of some Class 0 sources could be largely inherited from the dark cloud starless/prestellar phase. We also derived isotopic ratios for a variety of molecules, some of which show isotopic anomalies like an extreme depletion in 13C for one of the two isotopologs of c-C3H2, a drastic enrichment in 18O for SO and HNCO (SO being also largely enriched in 17O), and different abundances for the two 13C substituted species of C2H and the two 15N substituted species of N2H+. We report the first detection in space of some minor isotopologs like c-C3D. The exhaustive chemical characterization of L483 presented here, together with similar studies of other prestellar and protostellar sources, should allow us to identify the main factors that regulate the chemical composition of cores along the process of formation of low-mass protostars.

研究の動機と目的

• クラス0のプロト星L483を取り巻く高密度コアの包括的な化学的インventryを実施すること。
• 星なし／プレスターリアコアと比較して、クラス0のプロト星における周囲雲の化学組成に顕著な差が存在するかどうかを特定すること。
• プレスターリアからプロト星への移行段階を示す潜在的な化学的進化指標を同定すること。
• 化学的処理と継承を解明するために、主要な分子における同位体比とデューテリウム分馏を測定すること。
• 同位体異性体やマイナーな種を含め、希少または新規に同定された宇宙空間分子の検出と特徴付けを行うこと。

提案手法

• 80–116 GHz帯域にわたるIRAM 30m電波望遠鏡を用いたL483における高感度3 mmラインサーベイを実施した。
• 回転遷移解析を用いて分子ラインを同定し、613本のラインを特定の分子に、18本を未同定の特徴に割り当てた。
• ライン幅（FWHM ≒ 0.5 km s⁻¹）および回転温度（4.1–10.5 K）を測定し、冷たい周囲雲からの放射と、アウトフローまたはプロト星領域からの放射を区別した。
• 検出された種の分率分子濃度および同位体比（例：¹³C/¹²C、¹⁸O/¹⁶O、D/H）を導出し、希少な同位体異性体を含めた。
• 進化段階を追跡するための化学的指標（例：HNCO/C₃S、SO₂/C₂S、CH₃SH/C₂S）を評価した。
• c-C₃Dおよび二重置換同位体異性体（例：¹³CおよびD）を含む、いくつかのマイナー同位体異性体の宇宙初検出を報告した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L483のようなクラス0のプロト星における周囲雲の化学組成は、星なし／プレスターリアコアと顕著に異なるか？
• RQ2 低質量星形成におけるプレスターリアからプロト星への移行段階を追跡するための主要な化学的指標は何か？
• RQ3 L483の分子インventryは、同位体比と濃度パターンから示唆されるように、そのプレスターリア段階からほとんど継承されていると見なせるか？
• RQ4 c-C₃H₂、SO、HNCOなどの分子における¹³Cの枯渇や¹⁸Oの過剰蓄積といった同位体の異常は、どのようにして生じるのか？
• RQ5 L483におけるデューテリウム分馏の程度は何か？他のプレスターリアおよびプロト星源と比較するとどうなるか？

主な発見

• L483の冷たい周囲雲では、合計71種類の分子（同位体異性体を含め140種類）が検出され、その多くが狭いライン幅（FWHM ≒ 0.5 km s⁻¹）および低い回転温度（4.1–10.5 K）を示した。
• L483における分率分子濃度は、炭素鎖分子に関してはTMC-1に比べて系統的に低く、L1544およびB1-bに比べて高く、L1527と同程度であった。
• 複雑な有機分子（例：HCOOCH₃、CH₃OCH₃、C₂H₅OH）、窒素酸化物（例：N₂O）、および硫黄を含む種（例：CH₃SH）の検出により、コア内に豊富な化学反応が進行していることが確認された。
• 本サーベイにより、HCCO、HCS、HSC、NCCNH⁺、CNCN、NCO、H₂NCO⁺、およびNS⁺を含む8種の新しい宇宙空間分子がL483で確認された。
• ³⁴Sおよび³³Sの同位体比は、局所的銀河間媒体の値と整合的であるが、同位体の異常としては、1つのc-C₃H₂同位体異性体における極端な¹³C枯渇と、SOおよびHNCOにおける¹⁸Oの過剰蓄積（SOは¹⁷Oの過剰蓄積も示した）が観測された。
• c-C₃Dおよびいくつかの二重置換同位体異性体（例：¹³CおよびD）の宇宙初検出が達成され、L483におけるデューテリウム分馏はTMC-1に比べて高く、IRAS 16293–2422に比べて低かった。