[論文レビュー] Acetone in Orion BN/KL - High-resolution maps of a special oxygen-bearing molecule

T.-C. Peng, D. Despois+8 more|Apr 17, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、IRAM Plateau de Bure干渉計のデータを用いて、オリオンBN/KL領域におけるアセトン（CH3)2COの高分解能干渉マップを提示している。3つの主要な放射ピーク（Ace-1、Ace-2、Ace-3）と、ホットコアの北に広がる拡張した放射が検出された。アセトンの分布は、酸素を含む分子の化学と比べてより広がっており、C2H5CN や NH3 といった窒素含有分子と空間的に相関していることから、通常の酸素含有分子の化学とは異なり、衝撃ガス環境に関連している可能性が示唆された。

ABSTRACT

As one of the prime targets of interstellar chemistry study, Orion BN/KL clearly shows different molecular distributions between large nitrogen- (e.g., C2H5CN) and oxygen-bearing (e.g., HCOOCH3) molecules. However, acetone (CH3)2CO, a special complex O-bearing molecule, has been shown to have a very different distribution from other typical O-bearing molecules in the BN/KL region. We searched for acetone within our IRAM Plateau de Bure Interferometer 3 mm and 1.3 mm data sets. Twenty-two acetone lines were searched within these data sets. The angular resolution ranged from 1.8 X 0.8 to 6.0 X 2.3 arcsec^2, and the spectral resolution ranged from 0.4 to 1.9 km s-1. Nine of the acetone lines appear free of contamination. Three main acetone peaks (Ace-1, 2, and 3) are identified in Orion BN/KL. The new acetone source Ace-3 and the extended emission in the north of the hot core region have been found for the first time. An excitation temperature of about 150 K is determined toward Ace-1 and Ace-2, and the acetone column density is estimated to be 2-4 X 10^16 cm-2 with a relative abundance of 1-6 X 10^-8 toward these two peaks. Acetone is a few times less abundant toward the hot core and Ace-3 compared with Ace-1 and Ace-2. We find that the overall distribution of acetone in BN/KL is similar to that of N-bearing molecules, e.g., NH3 and C2H5CN, and very different from those of large O-bearing molecules, e.g., HCOOCH3 and (CH3)2O. Our findings show the acetone distribution is more extended than in previous studies and does not originate only in those areas where both N-bearing and O-bearing species are present. Moreover, because the N-bearing molecules may be associated with shocked gas in Orion BN/KL, this suggests that the formation and/or destruction of acetone may involve ammonia or large N-bearing molecules in a shocked-gas environment.

研究の動機と目的

• 化学的に豊富なオリオンBN/KL領域におけるアセトンの高分解能空間的分布を調査すること。
• 過去の低分解能アセトンマップと複雑分子の観測分布との間に生じる矛盾を解消すること。
• アセトンの分布が窒素含有種や酸素含有種と相関しているかどうかを特定し、その形成経路を明らかにすること。
• 個々の放射ピークにおける励起温度、核密度、相対濃度を推定すること。
• 他の酸素含有分子と比較してアセトンの分布が異常に広がっていることから、衝撃がアセトンの形成または破壊に果たす役割を検討すること。

提案手法

• 高感度かつ高分解能（1.8–6.0"）の3 mmおよび1.3 mmの連続波およびラインデータをIRAM Plateau de Bure干渉計から取得すること。
• 上エネルギー準位が300 K未満の22本のアセトン回転遷移を複数の周波数帯で系統的に探索すること。
• NH2CHO、H2CS、HCOOCH3、および13C置換体との混合を考慮したうえで、9本のクリアで汚染のないアセトンラインを同定すること。
• 回転図法を用いたモデル化により、個々のピークにおける励起温度と核密度を導出すること。
• アセトンの空間的分布を、衝撃のトレーサー（例：C2H5CN、NH3）およびホットコアのトレーサー（例：HCOOCH3、(CH3)2O）と比較すること。
• 合成ビームサイズとuvカバレッジを用いて、広がりや弱い放射の検出における感度および分解能の制限を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オリオンBN/KLにおけるアセトンの高分解能分布は、HCOOCH3 や (CH3)2O といった他の酸素含有分子とどのように異なるか？
• RQ2 BN/KL領域におけるアセトンと窒素含有分子（例：C2H5CN、NH3）との空間的関係は何か？
• RQ3 主な放射ピーク（Ace-1、Ace-2、Ace-3）におけるアセトンの励起温度と核密度は何か？
• RQ4 アセトンの分布は、固体表面での形成に起因するのか、それとも衝撃駆動型の形成機構を要するのか？
• RQ5 なぜホットコアおよびAce-3ではアセトンがAce-1およびAce-2ほど豊富でないのか？これはその形成環境に何を示唆するか？

主な発見

• 汚染のない9本のアセトンラインが同定され、信頼性の高い励起温度および核密度の分析が可能となった。
• 3つの主要なアセトンピーク（Ace-1、Ace-2、Ace-3）が検出され、そのうちAce-3は、以前の研究で観測されていなかった弱い源として新たに同定された。
• ホットコアの北に広がるアセトンの拡張放射が検出され、アーク状の構造を形成しており、以前の報告よりもより広がった分布であることが示された。
• 励起温度は、Ace-1で159 ± 14 K、Ace-2で145 ± 16 K であり、アセトン核密度は2–4 × 10^16 cm⁻²、相対濃度は1–6 × 10⁻⁸であった。
• ホットコアおよびAce-3におけるアセトン濃度は顕著に低く（2–7 × 10⁻⁹）、空間的に異なる化学反応が進行していることを示している。
• アセトンの分布は、C2H5CN や NH3 といった窒素含有分子と非常に類似しており、標準的な酸素含有分子の化学とは異なり、衝撃ガス環境に関連している可能性が示唆された。