[논문 리뷰] Dense gas in nearby galaxies XI. Interstellar 12C/13C ratios in the central regions of M82 and IC342

Carsten Henkel, Y.-N. Chin외 2명|arXiv (Cornell University)|1997. 10. 23.

Atomic and Molecular Physics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 탄소를 수반하는 분자, 특히 CN에서 발생하는 밀리미터파 방출선을 이용하여 은하의 중심부에서 간성간 12C/13C 동위원소 비율을 측정한다. M82에서는 12C/13C > 40, IC342에서는 >30로 측정되었으며, 은하 중심부보다 높은 탄소 동위원소 비율을 나타내어, 이와 같은 높은 비율이 밝은 적외선 은하에서 일반적일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

$^{12}$C$/^{13}$C line intensity ratios have been derived from several carbon-bearing molecules to confine the range of carbon and oxygen isotope abundance ratios toward the nuclear regions of two infrared bright galaxies. The most stringent limits are obtained from CN mm-wave emission lines. Supplementary measurements toward the Galactic center region indicate that overall I(12CN)/I(13CN) line intensity ratios are giving lower limits to the corresponding 12C/13C abundance ratio. Toward M 82 and IC 342, we find 12C/13C > 40 and >30. Therefore the smaller 12C/13C ratio of our own Galactic center region (25) may not be typical for central regions of galaxies which are more luminous in the infrared. The 12C/13C limits and data from various isotopic species of CO also infer 16O/18O abundance ratios of > 90 and > 125 for M 82 and IC 342, respectively. From the I(HC14N)/I(HC15N) line intensity ratio, 14N/15N > 100 is derived for M 82.

연구 동기 및 목표

• 근처의 밝은 적외선 은하의 중심부에서 간성간 12C/13C 동위원소 농도 비율을 규명하는 것.
• 은하 중심부에서 관측된 낮은 12C/13C 비율(25)이 성폭발 은하의 특성을 대표하는지 평가하는 것.
• 다중 동위원소 분자선 데이터를 활용해 산소 및 질소 동위원소 비율을 제약하는 것.
• 밀리미터파 CN 방출선을 조밀한 간성간 가스에서 탄소 동위원소 비율을 정밀하게 탐지하는 데 활용하는 것.

제안 방법

• 무선 천체망원경을 사용하여 M82와 IC342에서 12CN 및 13CN의 밀리미터파 방출선 강도를 측정함.
• 12C/13C 농도 비율의 대체 지표로 I(12CN)/I(13CN) 선 강도 비율을 계산함.
• 선 강도 비율이 진정한 농도 비율의 하한선이 되도록 하기 위해 은하 중심부 관측을 보조적으로 활용함.
• CO 동위원소 이종류(12CO, 13CO, 18O 함유 체계)의 데이터를 조합하여 16O/18O 비율을 유추함.
• HC14N 및 HC15N 선 강도 비율을 분석하여 14N/15N 농도 비율을 유도함.
• 복사 전달 및 흥분 모델링을 적용하여 선 강도 비율이 조밀한 기체에서 진정한 농도 비율을 반영하도록 보장함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M82와 IC342의 중심부에서 간성간 12C/13C 동위원소 비율은 얼마인가?
• RQ2 이 은하들의 12C/13C 비율은 은하 중심부와 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ3 CO 동위원소 이종류를 기반으로 M82와 IC342의 16O/18O 농도 비율은 유추되는가?
• RQ4 HCN 동위원소 이종류를 통해 M82의 14N/15N 비율은 얼마인가?
• RQ5 I(12CN)/I(13CN) 선 강도 비율은 진정한 12C/13C 농도 비율의 신뢰할 수 있는 하한선인가?

주요 결과

• CN 밀리미터파 방출선 강도를 기반으로 M82의 12C/13C 비율은 40 이상으로 제약됨.
• IC342의 12C/13C 비율은 30 이상으로 나타나, 은하 중심부보다 높은 탄소 동위원소 농도를 시사함.
• CO 동위원소 이종류 선 강도 비율을 기반으로 M82의 16O/18O 비율은 90 이상으로 유추됨.
• 다중 동위원소 이종류 CO 데이터를 기반으로 IC342의 16O/18O 비율은 125 이상임.
• M82의 14N/15N 비율은 I(HC14N)/I(HC15N) 선 강도 비율을 통해 100 이상으로 추정됨.
• I(12CN)/I(13CN) 선 강도 비율은 진정한 12C/13C 농도 비율의 하한선을 제공하며, 은하 중심부 관측을 통해 검증됨.