[論文レビュー] Detection of extragalactic CF+ toward PKS1830-211 -- Chemical differentiation in the absorbing gas

S. Müller, Kentarou Kawaguchi+2 more|Chalmers Publication Library (Chalmers University of Technology)|Apr 1, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 22被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、ALMAを用いて、赤方偏移 z=0.89 のレンズ効果を受けるクェザーパンクス1830-211の吸収ガスにおいて、最初の銀河間検出が報告された。CF+ の相対的濃度は H₂ に対して約 3×10⁻¹⁰ であり、これは宇宙空間のフッ素の約 1% が CF+ に閉じ込められていることを示しており、その線幅プロファイルは CH₃OH とは反比例的であり、[C I] と類似しているため、吸収媒体内での化学的分離が示唆される。

ABSTRACT

We report the first extragalactic detection of CF+, the fluoromethylidynium ion, in the z=0.89 absorber toward PKS1830-211. We estimate an abundance of ~3E-10 relative to H2 and that ~1% of fluorine is captured in CF+. The absorption line profile of CF+ is found to be markedly different from that of other species observed within the same tuning, and is notably anti-correlated with CH3OH. On the other hand, the CF+ profile resembles that of [C I]. Our results are consistent with expected fluorine chemistry and point to chemical differentiation in the column of absorbing gas.

研究の動機と目的

• 銀河系外環境、特にミルキーウェイを越えて CF+ を検出すること。
• 高赤方偏移銀河間媒体におけるフッ素含有種の化学的分離を調査すること。
• PKS 1830-211 の吸収ガスにおける CF+ の H₂ および他の分子種に対する相対濃度を特定すること。
• CF+ の励起状態および分布を CH₃OH や [C I] などの他の分子と比較し、化学反応を推察すること。
• 希薄〜中程度密度の銀河間雲における理論的予測のフッ素化学を検証すること。

提案手法

• ALMA を用いた観測は、初期科学サイクル2において、108.8 GHz（CF+ の J=2-1遷移）で実施され、オフソース積算時間は6分であった。
• データキャリブレーションは CASA を用い、バンドパスおよびゲインキャリブレーションにはクェザー J1924-292 および J1832-2039 を使用した。
• PKS 1830-211 の明るい連続スペクトルを用いて自己キャリブレーションを実施し、データ品質を向上させた。
• UVMULTIFIT を用いて、可視度内に2つの点源をモデル化し、両方のレンズ像（SW および NE）に向けてスペクトルを抽出した。
• 同じ周波数調整内での HCO+、HCN、HNC、HOC+、c-C₃H₂、SO、CH₃OH との線幅プロファイルを CF+ と比較した。
• 光学的厚さを速度領域全体で積分し、z=0.89 における CMB の温度（T=5.14 K）を仮定して熱平衡状態とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CF+ は、特に PKS 1830-211 の z=0.89 吸収体において、銀河系外環境で検出可能か？
• RQ2 この高赤方偏移吸収ガスにおける CF+ の H₂ に対する分率濃度はいかほどか？
• RQ3 CF+ の空間的および運動的分布は、CH₃OH や [C I] などの他の分子と比較してどのように異なるか？
• RQ4 観測された CF+ 濃度は、希薄な雲における理論的予測のフッ素化学とどの程度一致するか？
• RQ5 HF は、モデルで予測されているように、この系における銀河間フッ素の主要な貯留源であるか？

主な発見

• CF+ は、PKS 1830-211 の SW 像に向けて、赤方偏移 z=0.88582 で検出され、これはこのイオンの最初の銀河間検出を示している。
• CF+ の柱密度は 5.5×10¹² cm⁻² であり、H₂ に対して約 3×10⁻¹⁰ の分率濃度に相当する。
• CF+ の線幅プロファイルは他の種と顕著に異なり、CH₃OH 吸収と強い反比例的関係にある。
• CF+ のプロファイルは [C I] と類似しており、類似した物理的起源または励起環境を示唆している。
• 宇宙空間のフッ素の約 1% しか CF+ に閉じ込められていないが、これは理論的予測および銀河系内希薄雲の観測と整合的である。
• HF がフッ素の主要な貯留源であることが確認され、柱密度は >3.4×10¹⁴ cm⁻² であった。一方、H₂F+ は検出されず（3σで上限 [H₂F+]/[HF] ≤ 1/386）。