[論文レビュー] Detection of N15NH+ in L1544

L. Bizzocchi, P. Caselli+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2010

Astro and Planetary Science被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、IRAM 30 m望遠鏡を用いて、冷たいプレスターラー星雲L1544で最初にN¹⁵NH⁺の検出を報告した。測定されたN¹⁵NH⁺中の¹⁴N/¹⁵N比は446 ± 71であり、これはプロトソーラー値（約450）と一致しており、ガス相のイオン-分子反応およびCOの選択的脱結合によって引き起こされる、冷たい銀河間環境における窒素同位体分馏の直接的観測的裏付けを提供する。

ABSTRACT

Excess levels of 15N isotopes which have been detected in primitive solar system materials are explained as a remnant of interstellar chemistry which took place in regions of the protosolar nebula. Chemical models of nitrogen fractionation in cold clouds predict an enhancement in the gas-phase abundance of 15N-bearing molecules, thus we have searched for 15N variants of the N2H+ ion in L1544, which is one of the best candidate sources for detection owing to its low central core temperature and high CO depletion. With the IRAM 30m telescope we have obtained deep integrations of the N2H+(1-0) line at 91.2 GHz. The N2H+(1-0) line has been detected toward the dust emission peak of L1544. The 14N/15N abundance ratio in N2H+ resulted 446+/-71, very close to the protosolar value of ~450, higher than the terrestrial ratio of ~270, and significantly lower than the lower limit in L1544 found by Gerin et al. (2009, ApJ, 570, L101) in the same object using ammonia isotopologues.

研究の動機と目的

• ¹⁵Nを含む分子イオンの探索を通じて、冷たい高密度銀河間環境における窒素同位体分馏理論モデルの検証を目的とする。
• 原始系小惑星物質で観測された高濃度の¹⁵Nが、ガス相のイオン-分子反応によって引き起こされる冷たいプレスターラー星雲で起源をもつのかを検討することを目的とする。
• L1544、つまり代表的な静止状態でCOが枯渇した星雲における、主要な窒素含有イオンN¹⁵NH⁺の¹⁴N/¹⁵N比を決定することを目的とする。
• N¹⁵NH⁺における観測された¹⁴N/¹⁵N比を、アンモニア同位体の比および地球・プロトソーラーの値と比較し、現在の化学モデルの妥当性を評価することを目的とする。

提案手法

• L1544のダスト放射ピークに向けて、IRAM 30 m望遠鏡を用いて91.2 GHzにおけるN¹⁵NH⁺ (1-0) 遷移線の深積分を実施した。
• 超微細構造およびアインシュタインA係数を考慮した放射輸送方程式を用いて、N¹⁵NH⁺の励起温度および核密度を導出するスペクトル解析を実施した。
• 電気双極モーメント（μ = 3.31 ± 0.20 D）の重み付き平均を用いて、F=2–1超微細遷移のアインシュタインA係数を計算し、A = 3.23 ± 0.40 × 10⁻⁵ s⁻¹の値を得た。
• スピン-回転分配関数Q_sr(T_ex)およびメインビーム輝度温度T_mbを用いて、放射輸送方程式を用いて核密度を計算した。
• N₂H⁺（1.83 × 10¹³ cm⁻²）の核密度と比較することで、N¹⁵NH⁺の¹⁴N/¹⁵N比を決定した。
• A、T_exおよび積分輝度からの誤差を伝搬させ、最終的な比の誤差予算を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L1544におけるN¹⁵NH⁺の¹⁴N/¹⁵N比は、約450のプロトソーラー値と整合しているか？
• RQ2 観測されたN¹⁵NH⁺における¹⁴N/¹⁵N比は、冷たいCOが枯渇したプレスターラー星雲で窒素同位体分馏が発生するという理論的予測を支持するか？
• RQ3 N¹⁵NH⁺における¹⁴N/¹⁵N比は、Gerinら（2009年）による同様の源における¹⁵NH₂D非検出から導かれる下限値（700未満）と比較してどうなるか？
• RQ4 観測されたN¹⁵NH⁺の比は、時間依存的ガス/固体化学モデルによる窒素分馏予測と整合性があるか？
• RQ5 N¹⁵NH⁺の比は、冷たい星雲における異なる窒素含有種の相対的分馏度に何を示唆するか？

主な発見

• IRAM 30 m望遠鏡を用いて、L1544のダストピークに向けてN¹⁵NH⁺ (1-0)線が成功裏に検出された。
• N¹⁵NH⁺における導出された¹⁴N/¹⁵N比は446 ± 71であり、これは約450のプロトソーラー値と良好に一致している。
• この比は、地球の¹⁴N/¹⁵N比（約270）よりも顕著に高く、Gerin ら（2009年）によるL1544における¹⁵NH₂D非検出から導かれる下限値（700未満）よりも低い。
• N¹⁵NH⁺における測定された¹⁴N/¹⁵N比は、局所銀河間媒体の元素的同位体比と一致しており、N¹⁵NH⁺が元素的比をはるかに超えて分馏されていない可能性を示唆する。
• この結果は、選択的脱結合およびイオン-分子反応によってN₂H⁺における¹⁵Nの強化が予測されている現在のモデルに反する。観測された比は、期待される過剰な濃度増加を示さない。
• N¹⁵NH⁺の検出は、冷たいCOが枯渇した環境が窒素同位体分馏に果たす役割を支持するが、モデル予測を検証するためには、¹⁵NNH⁺などの他の同位体のさらなる観測が必要であることを示している。