[논문 리뷰] Acetone in Orion BN/KL - High-resolution maps of a special oxygen-bearing molecule

T.-C. Peng, D. Despois외 8명|2013. 04. 17.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 56인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 IRAM Plateau de Bure 간섭계 자료를 이용하여 오리온 BN/KL 영역에서 아세톤((CH3)2CO)의 고해상도 간섭계 지도를 제시한다. 이로써 세 개의 주요 복사 피크(Ace-1, Ace-2, Ace-3)와 뜨거운 코어 북쪽에 확장된 복사가 확인되었으며, 아세톤의 분포는 산소 함유 분자보다 질소 함유 분자인 C2H5CN 및 NH3와 더 밀접하게 관련되어 있어 충격 가스 환경과의 연관성을 시사한다.

ABSTRACT

As one of the prime targets of interstellar chemistry study, Orion BN/KL clearly shows different molecular distributions between large nitrogen- (e.g., C2H5CN) and oxygen-bearing (e.g., HCOOCH3) molecules. However, acetone (CH3)2CO, a special complex O-bearing molecule, has been shown to have a very different distribution from other typical O-bearing molecules in the BN/KL region. We searched for acetone within our IRAM Plateau de Bure Interferometer 3 mm and 1.3 mm data sets. Twenty-two acetone lines were searched within these data sets. The angular resolution ranged from 1.8 X 0.8 to 6.0 X 2.3 arcsec^2, and the spectral resolution ranged from 0.4 to 1.9 km s-1. Nine of the acetone lines appear free of contamination. Three main acetone peaks (Ace-1, 2, and 3) are identified in Orion BN/KL. The new acetone source Ace-3 and the extended emission in the north of the hot core region have been found for the first time. An excitation temperature of about 150 K is determined toward Ace-1 and Ace-2, and the acetone column density is estimated to be 2-4 X 10^16 cm-2 with a relative abundance of 1-6 X 10^-8 toward these two peaks. Acetone is a few times less abundant toward the hot core and Ace-3 compared with Ace-1 and Ace-2. We find that the overall distribution of acetone in BN/KL is similar to that of N-bearing molecules, e.g., NH3 and C2H5CN, and very different from those of large O-bearing molecules, e.g., HCOOCH3 and (CH3)2O. Our findings show the acetone distribution is more extended than in previous studies and does not originate only in those areas where both N-bearing and O-bearing species are present. Moreover, because the N-bearing molecules may be associated with shocked gas in Orion BN/KL, this suggests that the formation and/or destruction of acetone may involve ammonia or large N-bearing molecules in a shocked-gas environment.

연구 동기 및 목표

• 화학적으로 다이나믹한 오리온 BN/KL 영역에서 아세톤의 고각해상도 공간 분포를 조사하기 위해.
• 이전의 저해상도 아세톤 지ap핑과 복잡한 분자의 관측된 분포 간의 모순을 해결하기 위해.
• 아세톤의 분포가 질소 함유 종이나 산소 함유 종과 관련이 있는지 확인하여 그 형성 경로를 규명하기 위해.
• 각 복사 피크에 대한 흥 excitatio온 온도, 총 농도 및 상대 농도를 추정하기 위해.
• 아세톤의 비정상적인 분포가 다른 산소 함유 분자와 비교할 때 충격의 역할이 형성 또는 파괴에 기여하는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 고감도 및 고각해상도(1.8–6.0")로 IRAM Plateau de Bure 간섭계에서 3 mm 및 1.3 mm 연속 및 선 자료 확보.
• 여러 주파수 대역을 통해 300 K 이하의 상위 에너지 수준을 가진 22개의 아세톤 전이를 체계적으로 탐색.
• NH2CHO, H2CS, HCOOCH3 및 13C 치환 종과의 겹침을 고려한 후, 아홉 개의 깨끗하고 오염되지 않은 아세톤 선을 식별.
• 각 피크에 대해 회전도표 분석을 사용하여 흥 excitatio온 온도 및 총 농도 유도.
• 아세톤의 공간 분포를 충격의 지표로 알려진 분자(예: C2H5CN, NH3) 및 뜨거운 코어 지표(예: HCOOCH3, (CH3)2O)와 비교.
• 합성된 비드 크기 및 uv-커버리지의 사용을 통해 확장된 약한 복사 감지의 감도 및 해상도 제약 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오리온 BN/KL에서 아세톤의 고해상도 분포는 HCOOCH3 및 (CH3)2O와 같은 다른 산소 함유 분자와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 BN/KL 영역에서 아세톤과 C2H5CN 및 NH3와 같은 질소 함유 분자 사이의 공간적 관계는 무엇인가?
• RQ3 주요 복사 피크(Ace-1, Ace-2, Ace-3)에서 아세톤의 흥 excitatio온 온도와 총 농도는 얼마인가?
• RQ4 아세톤의 분포는 표면에서의 형성에 기인하는가, 아니면 충격에 의해 유도되는 형성 메커니즘이 필요한가?
• RQ5 왜 아세톤은 뜨거운 코어 및 Ace-3에서는 Ace-1과 Ace-2보다 농도가 낮은가? 이는 그 형성 환경에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 오염 없이 깔끔한 아홉 개의 아세톤 선이 확인되어 신뢰할 수 있는 흥 excitatio온 온도 및 총 농도 분석이 가능해졌다.
• 세 개의 주요 아세톤 피크(Ace-1, Ace-2, Ace-3)가 검출되었으며, Ace-3는 이전 연구에서 관측되지 않았던 새로운 약한 소스이다.
• 뜨거운 코어 북쪽에 확장된 아세톤 복사가 발견되어 아치 형태의 구조를 이루었으며, 이는 이전에 보고된 바보다 더 광범위한 분포를 시사한다.
• 흥 excitatio온 온도는 Ace-1에서 159 ± 14 K, Ace-2에서 145 ± 16 K로 유도되었으며, 아세톤 총 농도는 2–4 × 10^16 cm⁻²이고 상대 농도는 1–6 × 10⁻⁸이었다.
• 뜨거운 코어 및 Ace-3에서 아세톤 농도는 2–7 × 10⁻⁹로 Ace-1 및 Ace-2보다 현저히 낮아 공간적으로 변화하는 화학 반응을 시사한다.
• 아세톤 분포는 질소 함유 분자(C2H5CN, NH3 등)와 매우 유사하여 충격 가스 환경과의 연관성을 시사하며, 일반적인 산소 함유 분자 화학과는 다름을 나타낸다.