[论文解读] DI in the outer Galaxy

Jayaram N. Chengalur, Róbert Braun+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 1997

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 5

一句话总结

本研究利用Westerbork综合孔径射电望远镜对银河系反银心方向进行深度射电巡天，以探测氘化氢（DI）在327 MHz处的超精细跃迁。尽管检测显著性较低（4σ），与先前报告一致，但推导出的氘氢比（N_D/N_H = 3.9±1.0×10⁻⁵）与原初及高红移莱曼限系统的丰度一致，表明在银河系外缘低恒星形成区域中氘的耗竭程度极低。

ABSTRACT

We report on a deep search with the Westerbork Synthesis Radio Telescope towards the galactic anticenter for the 327 MHz hyperfine transition of DI. This is a favorable direction for a search because: (i) the HI optical depth is high due to velocity crowding; (ii) the observed molecular column density is low (implying that most of the deuterium would probably be in atomic form, rather than in HD); and (iii) the stellar reprocessing should be minimal. Our observations are about a factor of two more sensitive than previous searches for DI in this direction. We detect a low significance (about 4 sigma) feature, consistent in both amplitude and center frequency with an emission feature reported previously (Blitz & Heiles 1987). If this is the DI line, then the implied N_D/N_H of 3.9+/-1.0 x 10^-5 is comparable to the inferred pre-solar deuterium abundance. Our observation is consistent with the recent low measurements of D/H towards high-redshift Lyman-limit systems. On the other hand, if the reports of high DI abundance (about 24 x 10^-5) in such systems are confirmed, then our observations imply that even in regions of reduced star formation within the outer Galaxy, the DI abundance has been reduced by a factor of about 6 from the primordial abundance.

研究动机与目标

• 利用高灵敏度射电观测，在银河系外缘检测327 MHz处氘（DI）的超精细跃迁。
• 评估低恒星形成且恒星再处理作用可忽略的区域中氘氢比（N_D/N_H）的丰度。
• 检验银河系外缘氘丰度是否与原初值或高红移莱曼限系统值一致。
• 在银河系反银心方向的DI搜寻中，优于以往的灵敏度极限。

提出的方法

• 使用Westerbork综合孔径射电望远镜在327 MHz频率对银河系反银心方向进行深度观测。
• 针对327 MHz处氘（DI）的超精细跃迁，该频率因HI光学厚度高且分子柱密度低而具有优势。
• 选择一条恒星再处理作用最小且速度重叠较少的视线，以增强DI的可探测性。
• 灵敏度较此前该方向的搜寻提高了约一倍。
• 分析数据中是否在预期频率和速度处存在与DI线一致的发射特征。
• 将观测信号与先前检测结果，特别是1987年Blitz & Heiles的报告进行比较，以评估一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前射电望远镜能否在银河系外缘探测到327 MHz处氘的超精细跃迁？
• RQ2 在银河系外缘低恒星形成区域中，氘氢比（N_D/N_H）的值是多少？
• RQ3 所测得的D/H比值与原初值以及从高红移莱曼限系统推断的值相比如何？
• RQ4 由于恒星过程，氘在银河系外缘的耗竭程度有多大？

主要发现

• 在DI超精细跃迁的预期频率和速度处检测到一个显著性较低（约4σ）的发射特征。
• 该特征的振幅和中心频率与Blitz & Heiles（1987年）先前报告的信号一致。
• 若确认为DI，推导出的N_D/N_H比值为3.9±1.0×10⁻⁵，与推断的太阳系前氘丰度一致。
• 该结果也与近期高红移莱曼限系统中D/H的低测量值一致。
• 若高红移系统中较高的D/H值（约24×10⁻⁵）得到证实，则本外缘测量结果表明D/H从原初水平降低了约6倍。
• 观测结果表明，即使在恒星形成率较低的区域，氘丰度也已显著耗竭，尽管其耗竭程度不及银河系内缘。