[論文レビュー] New upper limits on the interstellar O2 abundance

F. Combes, Tommy Wiklind+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、クェザーB0218+357に向けての電波望遠鏡観測を用いて、銀河間分子酸素（O₂）の新規上限値を提示している。33.4 GHzおよび70.5 GHzにおける吸収線の分析を通じて、吸収雲の覆い被り率を評価し、CO線と比較することで、1σでO₂/COの質量比が≤ 2 × 10⁻³に制限され、従来の上限値の7倍も低い値にまで低下した。これは、銀河間空間におけるO₂の許容可能な質量比を顕著に縮小する結果となった。

ABSTRACT

We report new observations of molecular oxygen in absorption at z=0.685 in front of the radio source B0218+357. The lines at 56.3 and 118.7 GHz have been observed, redshifted to 33.4 and 70.5 GHz respectively, with the 12m at Kitt Peak, 43m at Green Bank telescopes, and the 45m Nobeyama radio telescope. Deriving the surface filling factor of the absorbing dark cloud with other lines detected at nearby frequencies, we deduce from the upper limits on the O2 lines a relative abundance of molecular oxygen with respect to carbon monoxyde of O2/CO $\la$ 2 10$^{-3}$ at 1$σ$, seven times lower than the previous limit. The consequences of this result are discussed.

研究の動機と目的

• 希薄な銀河間媒体における分子酸素（O₂）の質量比の制約を改善すること。
• 宇宙における理論的予測と観測によるO₂非検出の長年の矛盾を解消すること。
• 高感度電波観測と雲の覆い被り率解析を活用して、O₂質量比の上限値を低く抑えること。
• 低O₂質量比が銀河間化学および酸素の枯渇機構に与える影響を評価すること。

提案手法

• 赤方偏移z = 0.685に起因し、56.3 GHzおよび118.7 GHzのO₂回転線がそれぞれ33.4 GHzおよび70.5 GHzにシフトされた周波数で、キット・ピークの12m望遠鏡、グリーン・バックの43m望遠鏡、野辺山の45m望遠鏡を用いて観測した。
• 近接周波数での他の分子線の観測から、吸収する暗黒雲の表面覆い被り率を導出した。
• O₂線強度は高感度で測定され、非検出に基づいて上限値が設定された。
• 覆い被り率と励起温度の推定値を用いて、O₂の柱密度とCOの柱密度を比較することで、O₂/CO質量比を計算した。
• 1σ信頼水準での統計的解析を適用し、O₂/CO比の上限値を決定した。
• 結果は、銀河間化学および酸素の貯留モデルの文脈で解釈された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B0218+357に向けての希薄な雲における銀河間O₂質量比の上限値は何か？
• RQ2 観測されたO₂質量比は、従来の観測上限値および理論的予測と比較してどのように異なるか？
• RQ3 吸収雲の覆い被り率がO₂柱密度の決定に果たす貢献は何か？
• RQ4 O₂/CO質量比の制限は、銀河間酸素の枯渇モデルにどのような制約を課えるか？
• RQ5 低O₂質量比は、銀河間媒体の化学的進化にどのような含意を持つのか？

主な発見

• 1σ信頼水準でO₂/CO質量比は≤ 2 × 10⁻³に制限され、従来の上限値に比べ顕著な改善がなされた。
• この新規上限値は、従来の最良の制約値の7倍も低く、銀河間O₂質量比に対する制約が著しく厳しくなったことを示している。
• 顕著なO₂吸収線は検出されず、上限値は機器の感度およびノイズレベルに基づいて設定された。
• 導出された吸収雲の覆い被り率は、線強度から柱密度に変換する上で不可欠であり、質量比の上限値を改善する要因となった。
• この結果は、分子酸素が銀河間酸素の主要貯留源ではないことを示唆し、現在の化学モデルに挑戦するものである。
• 低O₂質量比は、酸素がまだ検出されていない他の形態、例えばダスト粒子の氷被膜や他の分子に閉じ込められている可能性を示唆している。