[論文レビュー] Interstellar sulfur isotopes and stellar oxygen burning

Y.-N. Chin, C. Henkel+3 more|ArXiv.org|May 16, 1995

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、銀河スパイラル腕領域の20の星形成領域において、CS同素体のJ = 2–1線サーベイを用いて、宇宙空間の硫黄同位体比（32S/34Sおよび34S/33S）を測定した。32S/34S比は銀河中心からの距離と正の相関を示し、最良適合関係式は32S/34S = 3.3 ± 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 ± 3.1であった。この結果は、大質量星における酸素燃焼による核合成を支持し、銀河化学進化モデルの制約をもたらす。

ABSTRACT

A 12C32S, 13C32S, 12C34S, and 12C33S J = 2 - 1 line survey has been made to study interstellar 32S/34S and 34S/33S ratios from the galactic disk. The four CS isotopomers were detected in 20 star forming regions with galactocentric distances between 3 and 9 kpc. From a comparison of line velocities, the C33S J = 2 - 1 rest frequency is about 250 kHz below the value given in the Lovas (1992) catalog. Taking 12C/13C ratios from Wilson & Rood (1994) and assuming equal 12C32S and 13C32S excitation temperatures and beam filling factors, 12C32S opacities are in the range 3 to 15; average 32S/34S and 34S/33S isotope ratios are 24.4 +/- 5.0 and 6.27 +/- 1.01, respectively. While no systematic variation in the 34S/33S isotope ratio is found, the 32S/34S ratio increases with galactocentric distance when accounting for the 12C/13C gradient of the galactic disk. A fit to the unweighted data yields 32S/34S = 3.3 +/- 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 +/- 3.1 with a correlation coefficient of 0.84. Since the interstellar sulfur (S) isotopes are synthesized by oxygen burning in massive stars, consequences for nucleosynthesis and models of chemical evolution are briefly discussed.

研究の動機と目的

• CS同素体の電波放射線を用いて、銀河ディスク全域の宇宙空間における32S/34Sおよび34S/33S同位体比を測定すること。
• 銀河中心からの距離に伴う硫黄同位体比の空間的変化を調査すること。
• 観測された同位体比が、大質量星における酸素燃焼による核合成によって説明可能かどうかを検証すること。
• 観測された硫黄同位体データを用いて、銀河化学進化モデルの制約を加えること。

提案手法

• 銀河中心からの距離が3〜9 kpcの20の星形成領域において、12C32S、13C32S、12C34S、および12C33SのJ = 2–1線サーベイを実施した。
• ラインのドップラー速度および静止周波数を測定し、12C33S J = 2–1ラインに、Lovas (1992)のカタログと比較して250 kHzのオフセットが存在することを補正した。
• Wilson & Rood (1994)の12C/13C比を用い、12C32Sと13C32Sの励起温度とビーム充填率が等しいと仮定して、光学的厚さを導出した。
• 重みなし線形回帰を用いて32S/34S比を銀河中心からの距離に対してフィットさせ、空間的傾向を評価した。
• 観測された同位体比を、大質量星における酸素燃焼による予測と比較し、核合成起源を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河ディスク全域で34S/33S同位体比に系統的変動があるか？
• RQ2 の Milky Way における32S/34S同位体比は、銀河中心からの距離にどのように依存するか？
• RQ3 宇宙空間の雲に観測された硫黄同位体比は、大質量星における酸素燃焼による核合成によって説明可能か？
• RQ4 観測された同位体比は、銀河化学進化モデルにどのような制約を加えるか？

主な発見

• 平均的な32S/34S同位体比は24.4 ± 5.0であり、12C32Sの光学的厚さでは3〜15の範囲にあった。
• 34S/33S同位体比は6.27 ± 1.01であり、銀河ディスク全域で顕著な系統的変動は認められなかった。
• 32S/34S比は銀河中心からの距離とともに増加し、最良適合線形関係式として32S/34S = 3.3 ± 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 ± 3.1が得られた。
• この傾向の相関係数は0.84であり、強い正の相関関係を示している。
• 観測された同位体比は、硫黄が大質量星における酸素燃焼によって生成されたものと整合的である。
• データは酸素燃焼を含む核合成モデルを支持し、銀河化学進化モデルに対する制約を提供する。