[論文レビュー] First detection of methyl formate in the hot molecular core IRAS 18566+0408

Arijit Manna, Sabyasachi Pal|arXiv (Cornell University)|May 4, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ALMA Band 3観測を用いて、最初にホット分子コアIRAS 18566+0408でメチルホルミエート（CH3OCHO）の検出に成功した。回転遷移線の解析から、柱密度は(4.1±0.1)×10¹⁵ cm⁻²、H₂に対する分率含有量は3.90×10⁻⁹であった。これはガロッド（2013）のゆっくりとした温まり上がりモデルの予測とよく一致しており、表面反応が主要な生成経路であることを支持する。

ABSTRACT

The studies of the complex molecular emission lines in millimeter and submillimeter wavelengths towards the hot molecular cores demonstrate valuable details about the chemical complexity in the interstellar medium (ISM). We presented the first detection of the rotational emission lines of the complex organic molecule methyl formate (CH$_{3}$OCHO) towards the hot molecular core region IRAS 18566+0408 using the high-resolution Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) band 3 observation. The estimated column density of CH$_{3}$OCHO using the rotational diagram analysis was (4.1$\pm$0.1)$ imes$10$^{15}$ cm$^{-2}$ with rotational temperature 102.8$\pm$1.2 K. The estimated fractional abundance of CH$_{3}$OCHO towards the IRAS 18566+0408 relative to hydrogen (H$_{2}$) was 3.90$ imes$10$^{-9}$. We noted that the estimated fractional abundance of CH$_{3}$OCHO is fairly consistent with the simulation value predicted by the three-phase warm-up model from Garrod (2013). We also discussed the possible formation mechanism of CH$_{3}$OCHO towards the hot molecular cores.

研究の動機と目的

• ホット分子コアIRAS 18566+0408におけるメチルホルミエート（CH3OCHO）の回転遷移線の検出と特徴の特定。
• この高質量星形成領域におけるCH3OCHOの柱密度、回転温度、およびH₂に対する分率含有量の決定。
• ガロッド（2013）の三段階的温まり上がり化学モデルからの理論的予測と、観測されたCH3OCHO含有量の比較。
• 星間氷の化学的性質と表面反応の文脈におけるCH3OCHOの生成メカニズムの検討。

提案手法

• 85.64–100.42 GHzの周波数帯で、高分解能のALMA Band 3観測を実施し、ミリ波領域の放射線線を検出。
• 連続スペクトル画像を用いて、H₂の柱密度とチリの光学厚さを推定し、これらの周波数帯で源が光学的に薄いことを確認。
• 検出されたCH3OCHOの回転線に回転ダイアグラム解析を適用し、柱密度と回転温度を導出。
• 得られたH₂の柱密度とCH3OCHOの柱密度を用いて、CH3OCHOの分率含有量を計算。
• 観測された含有量を、ガロッド（2013）の三段階的温まり上がりモデルのシミュレーション結果と比較し、特にゆっくりとした温まり上がりシナリオを対象とした。
• ガス-粒子化学の文脈において、氷被覆の粒子表面でのCH3OとHCOラジカルの反応に焦点を当て、生成経路を議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホット分子コアIRAS 18566+0408におけるメチルホルミエート（CH3OCHO）の柱密度と回転温度は何か？
• RQ2 この源におけるCH3OCHOのH₂に対する分率含有量は何か？また、理論的モデルと比較するとどうなるか？
• RQ3 三段階的温まり上がりモデルのうち（速い、中程度、ゆっくりとした）、観測されたCH3OCHO含有量を最もよく再現するのはどの段階か？
• RQ4 IRAS 18566+0408環境におけるCH3OCHOの主な生成経路は何か？

主な発見

• ALMA Band 3観測（85.64–100.42 GHz）を用いて、IRAS 18566+0408におけるメチルホルミエート（CH3OCHO）の回転遷移線の最初の検出に成功した。
• CH3OCHOの柱密度は(4.1±0.1)×10¹⁵ cm⁻²、回転温度は102.8±1.2 Kと決定され、ホットコアの温かい内側領域からの放射を示している。
• CH3OCHOのH₂に対する分率含有量は3.90×10⁻⁹と推定され、ガロッド（2013）のゆっくりとした温まり上がりモデルの予測値3.1×10⁻⁹と一致している。
• 観測された含有量は、ゆっくりとした温まり上がり条件でのシミュレート値3.91×10⁻⁹と良好に一致しており、CH3OとHCOラジカルの表面反応が主な生成経路であることを支持する。
• チリの光学厚さ0.00533が示すように、連続スペクトルは光学的に薄いことが確認され、H₂の柱密度1.05×10²⁴ cm⁻²の推定値の信頼性が裏付けられた。
• 結果から、IRAS 18566+0408におけるCH3OCHOは、ホットコアのゆっくりとした温まり上がり段階中に、氷被覆の粒子表面でHCO + CH3O → CH3OCHOの反応によって主に生成されていると考えられる。