[논문 리뷰] Molecular abundances in the Magellanic Clouds I. A multiline study of five cloud cores

Y.-N. Chin, C. Henkel외 4명|arXiv (Cornell University)|1996. 06. 13.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 대마젤란운성과 소마젤란운성의 다섯 개의 은하간 성운 핵을 대상으로 CO, HCO⁺, HCN, HNC 및 C¹⁸O의 다중선 라디오 관측을 통해 분자의 농도를 조사한다. HCO⁺의 강한 발광은 젊은 항성과 초신성 잔해에 의한 높은 이온화와 관련되어 있으며, 밀도가 높은 핵에서는 HCN이 지배적이며 고해상도에서 HCN/HNC 비율이 약 1에 가까운 것은 충격 또는 따뜻한 기체의 자극을 시사한다. H₂ 질량 대 CO 발광율 인자(X_CO)는 1.8–2.4×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹로 산정되었으며, 은하수의 값과 일치한다.

ABSTRACT

Nine HII regions of the LMC were mapped in 13CO(1--0) and three in 12CO(1--0) to study the physical properties of the interstellar medium in the Magellanic Clouds. For N113 the molecular core is found to have a peak position which differs from that of the associated HII region by 20 arcsec. Toward this molecular core the 12CO and 13CO peak Tmb line temperatures of 7.3\,K and 1.2\,K are the highest so far found in the Magellanic Clouds. The molecular concentrations associated with N113, N44BC, N159HW, and N214DE in the LMC and LIRS\,36 in the SMC were investigated in a variety of molecular species to study the chemical properties of the interstellar medium. $I$(HCO+)/$I$(HCN) and $I$(HCN)/$I$(HNC) intensity ratios as well as lower limits to the $I$(13CO)/$I$(C18O) ratio were derived for the rotational 1--0 transitions. Generally, HCO+ is stronger than HCN, and HCN is stronger than HNC. The high relative HCO+ intensities are consistent with a high ionization flux from supernovae remnants and young stars, possibly coupled with a large extent of the HCO+ emission region. The bulk of the HCN arises from relatively compact dense cloud cores. Warm or shocked gas enhances HCN relative to HNC. From chemical model calculations it is predicted that $I$(HCN)/$I$(HNC) close to one should be obtained with higher angular resolution ($>$ 30 arcsec) toward the cloud cores. Comparing virial masses with those obtained from the integrated CO intensity provides an H2 mass-to-CO luminosity conversion factor of $1.8 imes 10^{20}$\,mol\,cm$^{-2}$\,(Kkms)$^{-1}$ for N113 and $2.4 imes 10^{20}$\,mol\,cm$^{-2}$\,(Kkms)$^{-1}$ for N44BC. This is consistent with values derived for the Galactic disk.

연구 동기 및 목표

• 다중 전이 분자선 방출을 이용하여 마젤란운성의 은하간 성운 핵의 물리적·화학적 성질을 규명하는 것.
• 저금속성 환경에서 주요 분자(CO, HCO⁺, HCN, HNC, C¹⁸O)의 상대 농도를 규명하는 것.
• 은하간 성운 형성 영역에서 이온화 및 충격 자극이 분자선 강도에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 마젤란운성 성운 핵의 H₂ 질량 대 CO 발광율 전환 인자(X_CO)를 유도하는 것.
• 저금속성 조건 하에서 화학 모델 예측과 관측된 선 강도 비율을 비교하는 것.

제안 방법

• 대마젤란운성과 소마젤란운성의 다섯 개 성운 핵을 향해 12CO(1–0), 13CO(1–0), HCO⁺(1–0), HCN(1–0), HNC(1–0), C¹⁸O(1–0) 전이를 관측하는 것.
• 각 분자선에 대해 주 beam 밝기 온도(Tmb)와 통합 강도(I)를 측정하는 것.
• 화학 및 자극 조건을 탐색하기 위해 선 강도 비율 I(HCO⁺)/I(HCN), I(HCN)/I(HNC), 그리고 I(13CO)/I(C¹⁸O)의 하한값을 계산하는 것.
• CO 선 폭과 크기를 이용해 비틀림 질량을 추정하고, CO 발광율로부터 유도된 질량과 비교하여 X_CO를 유도하는 것.
• 다양한 자극 조건 하에서 관측된 HCN/HNC 강도 비율을 해석하기 위해 화학 모델 예측을 사용하는 것.
• 빔 평균 발광 분석을 적용하여 빔 희석을 보정하고 핵 스케일 성질을 추론하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마젤란운성의 저금속성 성운 핵에서 HCO⁺, HCN, HNC 및 CO 이소토폴로그의 상대 농도는 어떻게 되는가?
• RQ2 이온화와 충격 자극은 HCO⁺, HCN, HNC의 관측 강도 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 마젤란운성의 H₂ 질량 대 CO 발광율 전환 인자(X_CO)는 얼마이며, 은하수와 비교해 보면 어떠한가?
• RQ4 어떤 영역에서는 HCO⁺ 발광이 HCN보다 강한 이유는 무엇이며, 이는 이온화 환경에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 고해상도 관측을 통해 관측된 HCN/HNC 비율을 화학 모델 예측과 조율할 수 있는가?

주요 결과

• N113의 분자 핵에서 관측된 12CO 및 13CO 최고 밝기 온도는 마젤란운성에서 측정된 바 중 가장 높았으며, 각각 7.3 K와 1.2 K였다.
• 대부분의 영역에서 HCO⁺ 발광이 HCN보다 강력하여, 젊은 항성과 초신성 잔해에 의해 유도된 높은 이온화 플럭스를 시사한다.
• HCN 발광은 밀도가 높고 균일한 성운 핵에 집중되어 있으며, HCN/HNC 강도 비율이 약 1에 가까운 것은 따뜻하거나 충격을 받은 기체의 자극을 시사한다.
• H₂ 질량 대 CO 발광율 전환 인자 X_CO는 N113에서 1.8×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹, N44BC에서 2.4×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹로 산정되었으며, 은하수 디스크 값과 일치한다.
• I(13CO)/I(C¹⁸O) 비율에 대한 하한값이 유도되었으며, 이는 관측선에서 광학 두께 효과가 존재함을 뒷받침한다.
• N113에서 HII 영역과 분자 핵 사이의 20 arcsecond 이격은 이 지역에서 이온화 기체와 분자 기체가 분리되어 있음을 시사한다.