[論文レビュー] FUSE Observations of the HD Molecule toward HD 73882

R. Ferlet, M. André+12 more|ArXiv.org|Jun 2, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 9被引用数 30

ひとこと要約

本論文は、赤化度が著しく高い星HD 73882（E_B-V = 0.72）に向けて、FUSEによるHD分子の初回検出を報告しており、高感度でHDが散らす半透明な銀河間雲で観測可能であることを示している。測定されたHD/H₂吸収層密度比は約10⁻⁵と推定され、HDが高密度分子領域におけるデューテリウムの主要な貯留源である可能性を示唆し、化学的分馏補正を要しない直接的な方法で宇宙間D/H比を決定できる可能性を示している。

ABSTRACT

The Lyman and Werner band systems of deuterated molecular hydrogen (HD) occur in the far UV range below 1200 A. The high sensitivity of the FUSE mission can give access, at moderate resolution, to hot stars shining through translucent clouds, in the hope of observing molecular cores in which deuterium is essentially in the form of HD. Thus, the measurement of the HD/H2 ratio may become a new powerful tool to evaluate the deuterium abundance, D/H, in the interstellar medium. We report here on the detection of HD toward the high extinction star HD 73882 [E(B-V)=0.72]. A preliminary analysis is presented.

研究の動機と目的

• ファール・ユルトラヴィオレット分光探査機（FUSE）ミッションを用いて、銀河間空間におけるHD分子の検出を目的とする。
• HDが高密度分子雲における宇宙間デューテリウム豊度（D/H）の直接的 tracerとして機能できるかどうかを評価すること。
• デューテリウムが主に分子形態に存在する領域において、HD/H₂吸収層密度比がD/Hの信頼できる代理指標となるかどうかを評価すること。
• HDがデューテリウムの主要な貯留源として優勢になる条件を調査し、化学的分馏効果を最小限に抑えること。

提案手法

• FUSEは、HD 73882という明るいO8.5V型星を、約7時間にわたりタイムタグドモードで観測し、HDのライマンおよびウェルナー遷移が現れる遠紫外波長域（905–1187 Å）を対象とした。
• スペクトルデータは低減され、HDおよびH₂の吸収線を特定する解析が行われ、HDの特徴が予想される1000–1187 Å領域に特に注目した。
• 線の飽和および固有の線幅を考慮して、複数のHDおよびH₂線を同時にプロファイルフィッティングすることで、HD/H₂吸収層密度比を導出した。
• 可視光の減光（A_V）の関数としてHおよびD種の進化を模擬するための光分解モデルを用いた。このモデルは、標準的なUV放射および宇宙線イオン化率を仮定した半無限で平面対称な雲を想定している。
• H₂およびHDの自己遮蔽効果をモデルに組み込み、HDの光分解断面積が小さいため、光分解が効率的でないため、分子形態への移行が遅れることが示された。
• 解析は単一の吸収成分を仮定して簡略化したが、ナトリウムI線などの原子線に複数のドップラー速度成分が観測されたことにも言及した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FUSEの遠紫外域における高感度を活用して、半透明な銀河間雲におけるHD分子の検出は可能か？
• RQ2 HDが原子状DやH₂と比較してデューテリウム貯留源として優勢になるのは、どの程度の可視光減光（A_V）の領域か？
• RQ3 HD/H₂吸収層密度比は、化学的分馏補正を要せず、宇宙間D/H豊度を直接的かつ信頼性高く測定するための有効な指標となるか？
• RQ4 観測された線プロファイルおよび飽和度は、高減光路線における導出されたHD/H₂比の精度にどのような影響を及えるか？
• RQ5 観測されたHD信号は単一の分子成分と整合するか、それとも原子線に複数の速度成分が存在する場合、より複雑な雲構造を示唆するか？

主な発見

• HD分子は、HD 73882に向けて吸収として成功裏に検出され、半透明な雲におけるFUSEによるHDの初回検出を記録した。
• HD/H₂吸収層密度比は約10⁻⁵と推定されたが、線の飽和が著しいことから、これは上限と見なされる。
• 観測された減光（A_V ≈ 2.44）は、光分解モデルに基づくと、HDがデューテリウム貯留源として優勢になると予測される領域に対応している。
• モデル化により、HからH₂への移行よりも、DからHDへの移行がより高い減光で発生することが示された。これは、HDが遅れて形成され、より深い雲層で安定することを示している。
• HD線は原子線ほど速度構造に敏感ではなく、したがってナトリウムI線に複数の成分が存在しても、HDではそれらが分解されない可能性がある。
• 結果は、HD/H₂比が化学的分馏効果を受けることなく、高密度分子領域における宇宙間D/H比を直接的かつ強固に測定するための有効なプローブである可能性を支持している。