[논문 리뷰] Detection of extragalactic CF+ toward PKS1830-211 -- Chemical differentiation in the absorbing gas

S. Müller, Kentarou Kawaguchi외 2명|Chalmers Publication Library (Chalmers University of Technology)|2016. 04. 01.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 22인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 ALMA를 사용하여 렌즈 효과를 겪는 활성은하핵 PKS 1830-211 방향의 z=0.89 흡수 가스에서 처음으로 은하간 CF+ 이온을 탐지했다. CF+의 상대 농도는 H₂ 대비 약 ~3×10⁻¹⁰로 측정되었으며, 이는 은하간 플루오르인의 약 1%만이 CF+에 갇혀 있음을 시사한다. 선형 프로파일은 CH₃OH와의 반상관관계를 보이며, [C I]와 유사하여 흡수 매질 내에서 화학적 분화가 일어나고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We report the first extragalactic detection of CF+, the fluoromethylidynium ion, in the z=0.89 absorber toward PKS1830-211. We estimate an abundance of ~3E-10 relative to H2 and that ~1% of fluorine is captured in CF+. The absorption line profile of CF+ is found to be markedly different from that of other species observed within the same tuning, and is notably anti-correlated with CH3OH. On the other hand, the CF+ profile resembles that of [C I]. Our results are consistent with expected fluorine chemistry and point to chemical differentiation in the column of absorbing gas.

연구 동기 및 목표

• 은하수 이외의 환경에서 CF+를 탐지하는 것.
• 고적색 이동 시 interstellar 매질에서 플루오르 기반 화합물의 화학적 분화를 조사하는 것.
• PKS 1830-211 향한 흡수 가스에서 CF+의 H₂ 및 기타 분자 종에 대한 상대 농도를 결정하는 것.
• CF+의 진동 및 분포를 CH₃OH 및 [C I]와 비교하여 화학적 과정을 추론하는 것.
• 희박한-중간 밀도 interstellar 구름에서 플루오르 화학의 이론적 예측을 검증하는 것.

제안 방법

• Early Science Cycle 2 동안 ALMA를 사용하여 108.8 GHz( CF+의 J=2-1 전이)에서 관측을 수행하였으며, 소스에 대한 통합 시간은 6분이었다.
• 데이터 캘리브레이션은 CASA를 사용하여 수행되었으며, 대역폭 및 감도 캘리브레이션은 J1924-292 및 J1832-2039라는 와이어스를 사용하였다.
• PKS 1830-211의 밝은 연속 스펙트럼을 이용해 자기 캘리브레이션을 적용하여 데이터 품질을 향상시켰다.
• UVMULTIFIT를 사용하여 복사상 두 개의 점원천(서남 및 북동)에 대해 스펙트럼을 추출하였다.
• 동일한 튜닝에서 HCO+, HCN, HNC, HOC+, c-C₃H₂, SO 및 CH₃OH의 선형 프로파일과 CF+의 선형 프로파일을 비교하였다.
• 열적 평형 상태를 가정하고, z=0.89에서 CMB의 온도(5.14 K)를 고려하여 속도에 따른 광학적 깊이를 통합하여 열량 밀도를 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CF+는 은하수 외부 환경, 특히 PKS 1830-211 향한 z=0.89 흡수체에서 탐지 가능한가?
• RQ2 이 고적색 이동 흡수 가스에서 CF+의 H₂ 대비 분율 농도는 얼마인가?
• RQ3 CF+의 공간적 및 운동적 분포는 CH₃OH 및 [C I]와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 CF+ 농도는 희박한 구름에서 플루오르 화학의 이론적 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 HF는 이 시스템에서 은하간 플루오르의 주요 저장소인가, 이론 모델이 예측한 바와 같은가?

주요 결과

• CF+는 PKS 1830-211의 서남 이미지 방향에서 z=0.88582의 적색 이동에서 탐지되었으며, 이는 이 이온의 첫 번째 은하간 탐지이다.
• CF+의 열량 밀도는 5.5×10¹² cm⁻²이며, 이는 H₂ 대비 약 ~3×10⁻¹⁰의 분율 농도에 해당한다.
• CF+의 선형 프로파일은 다른 종들과 현저히 다름을 보이며, CH₃OH 흡수와 강한 반상관관계를 보인다.
• CF+의 선형 프로파일은 [C I]와 유사하여 유사한 물리적 기원 또는 진동 환경을 가리킨다.
• 은하간 플루오르의 약 1%만이 CF+에 갇혀 있으며, 이는 이론적 예측과 은하수 희박한 구름의 관측 결과와 일치한다.
• HF는 주요 플루오르 저장소로 확인되었으며, 열량 밀도는 >3.4×10¹⁴ cm⁻²이었고, H₂F+는 탐지되지 않았다(3σ 기준 상한선 [H₂F+]/[HF] ≤ 1/386).