[논문 리뷰] Interstellar sulfur isotopes and stellar oxygen burning

Y.-N. Chin, C. Henkel외 3명|ArXiv.org|1995. 05. 16.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 은하수 디스크의 20개의 성성 영역에서 CS 이소토포머의 J = 2–1 선 조사 결과를 바탕으로 은하간 황 동위원소 비율(32S/34S 및 34S/33S)을 측정한다. 32S/34S 비율이 은하 중심 거리와 정적 상관관계를 보이며, 최적의 적합 관계는 32S/34S = 3.3 ± 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 ± 3.1로 나타나며, 이는 대질량 항성에서 산소 연소를 통한 핵합성과 일치하며 은하화학진화 모델을 제약한다.

ABSTRACT

A 12C32S, 13C32S, 12C34S, and 12C33S J = 2 - 1 line survey has been made to study interstellar 32S/34S and 34S/33S ratios from the galactic disk. The four CS isotopomers were detected in 20 star forming regions with galactocentric distances between 3 and 9 kpc. From a comparison of line velocities, the C33S J = 2 - 1 rest frequency is about 250 kHz below the value given in the Lovas (1992) catalog. Taking 12C/13C ratios from Wilson & Rood (1994) and assuming equal 12C32S and 13C32S excitation temperatures and beam filling factors, 12C32S opacities are in the range 3 to 15; average 32S/34S and 34S/33S isotope ratios are 24.4 +/- 5.0 and 6.27 +/- 1.01, respectively. While no systematic variation in the 34S/33S isotope ratio is found, the 32S/34S ratio increases with galactocentric distance when accounting for the 12C/13C gradient of the galactic disk. A fit to the unweighted data yields 32S/34S = 3.3 +/- 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 +/- 3.1 with a correlation coefficient of 0.84. Since the interstellar sulfur (S) isotopes are synthesized by oxygen burning in massive stars, consequences for nucleosynthesis and models of chemical evolution are briefly discussed.

연구 동기 및 목표

• CS 이소토포머의 전파 방출선을 이용하여 은하수 디스크 전역에서 은하간 32S/34S 및 34S/33S 동위원소 비율을 측정한다.
• 은하 중심 거리에 따른 황 동위원소 비율의 공간적 변화를 조사한다.
• 관측된 동위원소 비율이 대질량 항성에서 산소 연소를 통한 핵합성에 의해 설명될 수 있는지 테스트한다.
• 관측된 황 동위원소 데이터를 이용하여 은하화학진화 모델을 제약한다.

제안 방법

• 은하 중심 거리가 3에서 9 kpc인 20개의 성성 영역에서 12C32S, 13C32S, 12C34S 및 12C33S의 J = 2–1 선 조사를 실시하였다.
• 선 속도와 고정 주파수를 측정하였으며, Lovas(1992) 카탈로그 대비 12C33S J = 2–1 선에서 250 kHz의 오프셋을 보정하였다.
• Wilson & Rood(1994)에서 제공한 12C/13C 비율을 사용하였고, 12C32S와 13C32S의 동일한 흥분 온도 및 비드 채움 요소를 가정하여 광학적 두께를 유도하였다.
• 공선형 회귀 분석을 통해 32S/34S 비율을 은하 중심 거리에 대해 적합하여 공간적 경향성을 평가하였다.
• 관측된 동위원소 비율을 대질량 항성에서의 산소 연소 예측과 비교하여 핵합성 기원을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 디스크 전역에서 34S/33S 동위원소 비율에 체계적인 변동이 있는가?
• RQ2 수상은하의 은하 중심 거리에 따라 32S/34S 동위원소 비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 은하간 구름에서 관측된 황 동위원소 비율은 대질량 항성에서의 산소 연소를 통한 핵합성에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ4 관측된 동위원소 비율은 은하화학진화 모델에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 32S/34S 동위원소 비율의 평균은 24.4 ± 5.0이며, 12C32S의 광학적 두께 범위는 3에서 15이다.
• 34S/33S 동위원소 비율은 6.27 ± 1.01이며, 은하수 디스크 전역에서 유의미한 체계적 변동이 없다.
• 32S/34S 비율은 은하 중심 거리와 함께 증가하며, 최적의 선형 관계는 32S/34S = 3.3 ± 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 ± 3.1로 도출되었다.
• 이 경향성의 상관계수는 0.84로 강한 정적 상관관계를 나타낸다.
• 관측된 동위원소 비율은 황이 대질량 항성에서 산소 연소를 통해 합성된 것으로 일치한다.
• 데이터는 산소 연소를 포함하는 핵합성 모델을 지지하며 은하화학진화 모델에 제약 조건을 제공한다.