[論文レビュー] A spectral survey of the Star Forming Core of the Orion Nebula from 455 -- 507 GHz

G. J. White, Mitsunori Araki+3 more|CERN Bulletin|Jun 8, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 41

ひとこと要約

本論文は、オリオン-KLのホットコアにおける455–507 GHzの高分解能サブミリ波長スペクトル調査を提示し、30種の分子種からなる254本のスピンラインを検出。大型有機分子および硫黄を含む分子種が支配的である。主な結果は、0.25のライン対連続体比であり、モデルと整合的で、遠赤外窓における顕著なライン発光を示しており、大質量星形成領域における分子励起状態および化学反応の重要な制約を与える。

ABSTRACT

The results of a submillimetre wavelength spectral line survey between 455.1 -- 507.4 GHz of the Orion-KL hot cloud core are reported. A total of 254 lines were detected to a main beam brightness temperature sensitivity ~ 1 - 3 K. The detected lines are identified as being associated with 30 different molecular species or their isotopomeric variants. The strongest line detected was the J = 4-3 transition of the CO molecule. Apart from abundant diatomic rotors such as CO and CS, the spectrum is dominated by SO, SO_2 and CH_3OH and large organic molecules such as (CH_3)_2O, CH$_3CN, C_2H_3CN, C_2H_5CN and HCOOCH_3 which make up ~ 72% of the total number of lines; unidentified lines ~ 13%; and other lines the remaining ~ 15% of the total. Rotational temperatures and column densities derived using standard rotation diagram analysis techniques were found to range from 70 - 300 K, and 10^14 - 10^17 cm^2 respectively. Accepted by Astronomy & Astrophysics 22 May 2003

研究の動機と目的

• オリオン-KLホットコアに向けて600および650 μmの大気窓で、初めての高分解能スペクトル調査を実施すること。
• 大質量星形成領域における分子種の同定および回転温度と核密度の定量的評価。
• サブミリバンドにおけるライン対連続体比の推定を行い、ライン発光が全放射に与える寄与を評価すること。
• 先行データとの比較を通じて、複雑な有機分子の発光領域の空間的スケールを調査すること。
• ホットコア内の分子成分およびその物理的状態を包括的かつ偏りのない視点から提供すること。

提案手法

• 455.1–507.4 GHzの周波数帯域で、スペクトル分解能約0.6 km s⁻¹の条件で、ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）を用いてスペクトルライン調査を実施。
• システムノイズを低減するため、源から北に2100''離れた位置を参照位置として、ポジションスイッチングモードでデータ収集。
• バイサイドバンド受信機（RxC）を用い、サイドバンドの分解を実施して単一サイドバンドスペクトルを再構築。サイドバンドゲインの不均衡および指向安定性を補正。
• 3温度チャッパー方式を用いてメインビーム輝度温度をキャリブレーションし、2 MHzチャンネルあたり1–4 Kのノイズを達成。
• 回転ダイアグラム解析を適用し、検出された分子種の回転温度（70–300 K）および核密度（10¹⁴–10¹⁷ cm⁻²）を導出。
• スペクトル指数1.5および開口効率0.3を用いて、790 μmでの連続体測定値を500 GHzに外挿し、ライン対連続体比を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 455–507 GHzの周波数帯域におけるオリオン-KLホットコアに存在する分子種は何か？
• RQ2 ホットコアにおける検出された分子の回転温度および核密度は何か？
• RQ3 この周波数帯域におけるライン対連続体比は、過去の測定値および理論的予測とどのように比較できるか？
• RQ4 C₂H₅CN や C₂H₃CN などの複雑な有機分子の発光領域の空間的スケールは何か？
• RQ5 このスペクトル窓における未同定ライン（U-lines）は、全ライン発光にどの程度寄与しているか？

主な発見

• 合計254本のスペクトルラインが検出され、そのうち72%がSO、SO₂、CH₃OH、および（CH₃）₂O、CH₃CN、C₂H₃CN、C₂H₅CN、HCOOCH₃などの大型有機分子に起因する。
• 検出された分子種の回転温度範囲は70–300 Kであり、核密度は10¹⁴–10¹⁷ cm⁻²の範囲であった。CH₃OHは大きな不確実性のため除いた。
• 検出されたラインの13%（33本）が未同定（U-lines）であり、他のオリオン調査で観測された割合と整合的である。
• C₂H₅CNおよびC₂H₃CNの発光領域の直径は、以前の観測と比較したところ約10″と推定された。
• 500 GHzにおけるライン対連続体比の下限値は0.25と推定され、JPL分子分光データベースおよびオリオンの放射のモデル予測と整合的であった。
• 以前の調査と比較して積分ライン発光に差が生じる理由はビーム拡散に起因し、本調査では0.48の高い結合効率を示したのに対し、過去の研究では0.25であった。