[論文レビュー] The complexity of Orion: an ALMA view III. The explosion impact

L. Pagani, Edwin A. Bergin+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 21被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、オリオンKL領域の高分解能ALMA観測を用いて、550年前の爆発的イベントが分子分布に与える影響を分析する。複雑有机分子（COMs）の速度および空間的分離された放射を追跡することで、時間依存的な化学的進化が明らかになった。これは、重水素化種（D2CO や NH2D など）が爆発後に急速に破壊されたり変換されたりするのに対し、エチルシアニドなどの他の種は存続することを示しており、ホットコアにおけるCOM形成経路を制約する自然な「飛行時間実験」として機能する。

ABSTRACT

The chemistry of complex organic molecules in interstellar dark clouds is still highly uncertain in part because of the lack of constraining observations. Orion is the closest massive star-forming region, and observations making use of ALMA allow us to separate the emission regions of various complex organic molecules (COMs) in both velocity and space. Orion also benefits from an exceptional situation, in that it is the site of a powerful explosive event that occurred 550 years ago. We show that the closely surrounding Kleinmann-Low region has clearly been influenced by this explosion; some molecular species have been pushed away from the densest parts while others have remained in close proximity. This dynamical segregation reveals the time dependence of the chemistry and, therefore allows us to better constrain the formation sequence of COMs and other species, including deuterated molecules.

研究の動機と目的

• . 550年前の爆発的イベントがオリオンKLの分子種に与える力学的および化学的影響を調査すること。
• . 爆発が複雑有机分子（COMs）および重水素化種の空間的・速度的分布にどのように影響を与えたかを特定すること。
• . 爆発の衝撃波を自然な飛行時間実験として用い、ホットコアにおける分子化学の時間的進化を制約すること。
• . 観測された酸素含有およびCN含有COMの分離が、形成順序の違いか、放出後の化学的進化の結果かを検証すること。
• . 外部からの加熱が、ホットコアやコンactRidgeのような高密度ガス成分の化学にどのように寄与しているかを評価すること。

提案手法

• . Band 6（234 GHz）における高スペクトル分解能ALMA観測で、37〜39アレイアンテナを用い、前回のCycle 0データと比較して約5倍の感度向上を達成した。
• . 爆発残骸全体にわたる分子線放出のチャンネル別解析により、種の空間的および速度的成分を分離した。
• . 赤方線と青方線の発光線の両翼を比較することで、爆発中心からの非対称的噴流および衝撃駆動の拡張を推定した。
• . 高イオン化率（ζ = 1e-15 s⁻¹）下での分子進化を模擬するため、重水素化ネットワークおよびH2とH3+のスピン状態を含む気相化学モデルを用いた。
• . 150 K、1e5 cm⁻³環境下で、D2CO、H2CO、NH2Dおよび関連種の時間依存的濃度変化を500〜1000年間にわたってモデル化した。
• . CDMSおよびJPLデータベースを用いた分子種のクロス同定を行い、オリオンKLにおける先行検出結果による検証も実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . オリオンKLにおける550年前の爆発は、複雑有机分子（COMs）の空間的および速度的分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 . 爆発後にガス相に放出された重水素化種（D2CO や NH2D など）の時間依存的挙動はいかなるものか？
• RQ3 . なぜエチルシアニドやビニルシアニドのようなCOMsはわずかにしか移動していないのに対し、NH2D は外部への拡張を示さないのか？
• RQ4 . 酸素含有COMとCN含有COMの観測された分離は、化学的安定性の違いや形成経路の違いによって説明可能か？
• RQ5 . 爆発が自然な飛行時間実験として機能する程度はどの程度か？ホットコアにおけるCOM形成順序を制約する上で有効か？

主な発見

• . 爆発により明確な力学的分離が生じており、H2CO や D2CO は外側へ押し出された一方、NH2D は氷被膜の昇華地点に近接して閉じ込められている。
• . 高イオン化環境下で、D2CO/H2CO比は500〜1000年間で3〜40倍低下しており、重水素化種の急速な破壊を示している。
• . NH2Dの濃度は500年間で20〜5000倍減少しており、D2CO よりもはるかに速い速度で減少しているため、外部への拡張が見られない理由が説明できる。
• . エチルシアニドおよびビニルシアニドはわずかに外向きにずれており、NH2D や D2CO よりも化学的耐性が高いことを示唆している。
• . コンパクトリッジ（MF1）は爆発の影響を受けておらず、対称的で狭い線幅（~1 km s⁻¹）が観測されたことから、衝撃波から隔離されていることが裏付けられた。
• . 爆発の衝撃波は自然な飛行時間実験として機能し、分子進化の時間的追跡が可能となり、COM形成化学に独自の制約を与える。