[論文レビュー] The efficient photodesorption of nitric oxide (NO) ices A laboratory astrophysics study

Rémi Dupuy, Géraldine Féraud+9 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 47被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、可変周波数のシンクロtron光を用いた真空中の紫外線（VUV）放射条件下で、純粋な亜硝酸化物（NO）氷の光脱着量子収率を実験的に測定した。NOの光脱着は非常に効率的であり、宇宙環境の放射場条件下で平均1.3 × 10⁻²分子／光子の収率を示した。これはCO氷と同等の値であり、冷たい銀河間環境における氷被膜化学およびガス-粒子化学ネットワークにおいてNOが果たす重要な役割を示している。

ABSTRACT

International audience

研究の動機と目的

• 宇宙物理学的に関連するVUV放射条件下での純粋なNO氷の光脱着収率を定量すること。
• NOが銀河間氷化学において、特に窒素を担う中間体として果たす役割を理解すること。
• CO や H2O などの一般的な銀河間氷と比較して、NO の光脱着効率を評価すること。
• 高効率な光脱着収率が、濃密および疎な銀河間媒体におけるガス-粒子化学モデルに与える影響を評価すること。
• 寒冷分子雲における窒素含有種の宇宙化学モデルに組み込むための基礎的実験データを提供すること。

提案手法

• SOLEILシンクロtronのDESIRSビームラインから得られる、可変周波数で単色化されたVUV光を用いて、10 Kで成長させたNO氷膜を照射した。
• 高エネルギー光子（6–13.6 eV）を保持するため、窓なしの結合方式を採用した。
• 0.3 amuの分解能を持つ四重極子質量分析計（QMS）を用いて、光脱着したNO分子を定量した。
• 温度プログラム脱着（TPD）を用いて、氷の厚さを単層未満の精度で補正した。
• 入射光子フラックスは、上流に設置したキャリブレーション済みAXUVフォトダイオードで測定し、絶対収率の決定を可能にした。
• 光子エネルギーを走査し、入射光子フラックスで正規化することで、光脱着収率スペクトルを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6–13.6 eVのVUV範囲における純粋なNO氷の絶対光脱着収率は何か？
• RQ2 NOの光脱着効率は、CO や他の一般的な銀河間氷と比べてどの程度か？
• RQ3 NO氷の主な光脱着メカニズム（直接脱着、間接脱着（DIET）、または光化学反応）は何か？
• RQ4 宇宙物理学的関連のある紫外線放射場（例：ISRF、内部核放射場）に extrapolation した場合、光脱着収率はどのように変化するか？
• RQ5 分子環境（例：CO豊富またはH2O豊富な混合系）が、純粋な氷と比較してNOの光脱着収率にどの程度の影響を与えるか？

主な発見

• 内部核放射場条件下では、純粋なNO氷の平均光脱着収率は1.3 × 10⁻²分子／光子であり、銀河間放射場（ISRF）条件下では1.1 × 10⁻²分子／光子であった。
• NOの光脱着は6 eVでピークを示す広い、構造のないバンドを示すが、CO氷の光脱着では観察される振動・電子遷移構造とは対照的である。
• NOの光脱着収率は、純粋なCO氷と同程度のオーダーであり、弱く結合した二原子分子にとって高い効率性を示している。
• 光脱着の大部分（約半数）は、12–13.6 eV以上の高エネルギー光子に起因しており、高エネルギーVUV放射の寄与が顕著であることが示唆された。
• 実験的カットオフのため6 eV未満の範囲は測定不能であったが、固体NOの吸収スペクトルを用いた外挿により、ISRF条件下でも同程度の収率が得られ、実験的不確実性の範囲内であった。
• NOの高い光脱着効率は、特にCO や H2O と共存する外側の氷被膜において、冷たい銀河間領域における気相NOの主要な供給源である可能性を示唆している。