[論文レビュー] Molecular abundances in the Magellanic Clouds I. A multiline study of five cloud cores

Y.-N. Chin, C. Henkel+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 1996

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、大・小マゼラン雲の5つの恒星形成領域におけるCO、HCO⁺、HCN、HNC、C¹⁸Oの複数ラインラジオ観測を用いて、分子の存在比を調査した。HCO⁺の増強された放射は、若い星や超新星の高エネルギー電離に起因すると判明し、密度の高い領域ではHCNが支配的であり、高分解能で得られたHCN/HNC比が1に近いことから、衝撃波や温暖ガスの励起が関与していると示唆された。H₂質量対CO放射度換算係数X_COは1.8–2.4×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹と算出され、銀河系の値と整合的であった。

ABSTRACT

Nine HII regions of the LMC were mapped in 13CO(1--0) and three in 12CO(1--0) to study the physical properties of the interstellar medium in the Magellanic Clouds. For N113 the molecular core is found to have a peak position which differs from that of the associated HII region by 20 arcsec. Toward this molecular core the 12CO and 13CO peak Tmb line temperatures of 7.3\,K and 1.2\,K are the highest so far found in the Magellanic Clouds. The molecular concentrations associated with N113, N44BC, N159HW, and N214DE in the LMC and LIRS\,36 in the SMC were investigated in a variety of molecular species to study the chemical properties of the interstellar medium. $I$(HCO+)/$I$(HCN) and $I$(HCN)/$I$(HNC) intensity ratios as well as lower limits to the $I$(13CO)/$I$(C18O) ratio were derived for the rotational 1--0 transitions. Generally, HCO+ is stronger than HCN, and HCN is stronger than HNC. The high relative HCO+ intensities are consistent with a high ionization flux from supernovae remnants and young stars, possibly coupled with a large extent of the HCO+ emission region. The bulk of the HCN arises from relatively compact dense cloud cores. Warm or shocked gas enhances HCN relative to HNC. From chemical model calculations it is predicted that $I$(HCN)/$I$(HNC) close to one should be obtained with higher angular resolution ($>$ 30 arcsec) toward the cloud cores. Comparing virial masses with those obtained from the integrated CO intensity provides an H2 mass-to-CO luminosity conversion factor of $1.8 imes 10^{20}$\,mol\,cm$^{-2}$\,(Kkms)$^{-1}$ for N113 and $2.4 imes 10^{20}$\,mol\,cm$^{-2}$\,(Kkms)$^{-1}$ for N44BC. This is consistent with values derived for the Galactic disk.

研究の動機と目的

• 複数遷移分子線放射を用いて、マゼラン雲における星間分子雲核の物理的・化学的性質を特徴づけること。
• 低金属量環境下における主要分子（CO、HCO⁺、HCN、HNC、C¹⁸O）の相対存在比を特定すること。
• 電離および衝撃励起が、銀河外の恒星形成領域における分子線強度に与える影響を評価すること。
• マゼラン雲の分子雲核におけるH₂質量対CO放射度換算係数（X_CO）を導出すること。
• 低金属量条件下での化学モデル予測と観測された線強度比を比較すること。

提案手法

• LMCおよびSMCの5つの雲核に向けて、12CO(1–0)、13CO(1–0)、HCO⁺(1–0)、HCN(1–0)、HNC(1–0)、C¹⁸O(1–0)の遷移を観測した。
• 各分子線に対して、主ビーム輝度温度（Tmb）および積分強度（I）を測定した。
• 化学的・励起状態の探査のため、線強度比I(HCO⁺)/I(HCN)、I(HCN)/I(HNC)、およびI(13CO)/I(C¹⁸O)の下限値を算出した。
• CO線幅とサイズからVirial質量を推定し、CO放射度からの質量と比較することでX_COを導出した。
• さまざまな励起条件下での観測されたHCN/HNC強度比を解釈するため、化学モデルの予測を用いた。
• ビーム平均放射の解析を適用してビーム拡散補正を行い、雲核スケールの性質を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マゼラン雲の低金属量雲核におけるHCO⁺、HCN、HNCおよびCO同位体体の相対存在比は何か？
• RQ2 電離および衝撃励起は、HCO⁺、HCN、HNCの観測強度比にどのように影響を与えるか？
• RQ3 マゼラン雲におけるH₂質量対CO放射度換算係数（X_CO）は何か？また、銀河系の値と比較するとどうなるか？
• RQ4 一部の領域ではHCO⁺放射がHCNよりも強いが、これはどのような電離環境を示唆しているか？
• RQ5 高分解能観測により、観測されたHCN/HNC比は化学モデルの予測と一致するか？

主な発見

• N113の分子雲核は、マゼラン雲で測定された中で最高の12COおよび13COピーク輝度温度（7.3 Kおよび1.2 K）を示した。
• HCO⁺放射はほとんどの領域でHCNより強く、若い星や超新星残骸からの高い電離フラックスが関与していると示唆された。
• HCN放射は、コンactな高密度雲核に集中しており、HCN/HNC強度比が1に近いことから、温暖または衝撃励起ガスの存在が示唆された。
• H₂質量対CO放射度換算係数X_COは、N113では1.8×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹、N44BCでは2.4×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹であり、銀河系ディスクの値と整合的であった。
• I(13CO)/I(C¹⁸O)比の下限値が導出され、観測線に光学厚さ効果が関与していることを裏付けた。
• N113におけるHII領域と分子雲核の20角秒のずれは、この領域で電離ガスと分子ガスが分離している可能性を示唆した。