[論文レビュー] On the internal structure of starless cores. II. A molecular survey of L1498 and L1517B

M. Tafalla, J. Santiago-García+4 more|ArXiv.org|May 19, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 70被引用数 96

ひとこと要約

本研究では、放射線輸送シミュレーションを用いて、星なしコアL1498およびL1517Bの分子調査を実施し、13種の分子について一貫性のある半径方向の濃度プロファイルを導出する。先行して確立された物理的構造と球対称なモンテカルロ放射線輸送コードを組み合わせることで、CO、CS、SO、CH₃OHなどの大多数の分子が、凍結による原因で中心部に明確な空洞を示すことが明らかになった。一方、N₂H⁺とNH₃はコア中心部でも豊富に存在し、凍結に対して耐性があることが示された。研究結果は、SO、C₂S、CH₃OHが凍結の感受性が高いトレーサーであることを示し、観測された濃度と現在の化学モデルとの間に顕著な乖離が生じていることを明らかにした。

ABSTRACT

[Abridged] We present a molecular survey of the starless cores L1498 and L1517B. These cores have been selected for their relative isolation and close-to-round shape, and they have been observed in a number of lines of 13 molecular species (4 already presented in the first part of this series): CO, CS, N2H+, NH3, CH3OH, SO, C3H2, HC3N, C2S, HCN, H2CO, HCO+, and DCO+. Using a physical model of core structure and a Monte Carlo radiative transfer code, we determine for each core a self-consistent set abundances that fits simultaneously the observed radial profile of integrated intensity and the emergent spectrum towards the core center (for abundant species, optically thin isopologues are used). From this work, we find that L1498 and L1517B have similar abundance patterns, with most species suffering a significant drop toward the core center. This occurs for CO, CS, CH3OH, SO, C3H2, HC3N, C2S, HCN, H2CO, HCO+, and DCO+, which we fit with profiles having a sharp central hole. The size of this hole varies with molecule: DCO+, HCN, and HC3N have the smallest holes while SO, C2S and CO have the largest holes. Only N2H+ and NH3 are present in the gas phase at the core centers. From the different behavior of molecules, we select SO, C2S, and CH3OH as the most sensitive tracers of molecular depletion. Comparing our abundance determinations with the predictions from current chemical models we find order of magnitude discrepancies. Finally, we show how the ``contribution function'' can be used to study the formation of line profiles from the different regions of a core.

研究の動機と目的

• 孤立した球形の星なしコアL1498およびL1517Bにおける13種の分子種の半径方向濃度プロファイルを特定し、化学的不均一性を理解すること。
• 密度コア内部における物質の選択的凍結が引き起こす分子線観測のバイアスを是正すること。
• 放射線輸送シミュレーションを用いて予測値と照合することで、現在の化学モデルを観測された濃度プロファイルに対して検証すること。
• 低質量星なしコアにおける化学的凍結の感受性が最も高い分子トレーサーを同定すること。
• 寄与関数を用いて、線スペクトルがコア内のどの領域から起因するかを分析し、観測バイアスを明らかにすること。

提案手法

• 球対称なモンテカルロ放射線輸送コードを用いて、コアからの線放出および強度プロファイルをモデル化した。
• L1498およびL1517Bの物理的構造（密度、温度、乱流、速度）は、先行する連続スペクトルおよび線スペクトルデータから得られたものを固定入力として使用した。
• 各分子の濃度プロファイルを、観測された半径方向強度プロファイルおよび中心スペクトルに同時に適合させた。大多数の分子に対して中心部に空洞を仮定した半径依存性を採用した。
• 寄与関数を計算し、線放出の空間的起源を評価し、観測された線スペクトルを支配するコアのどの領域が主因であるかを理解した。
• モデルの適合性を文献データと照合した。特に、Wolkovitchら（1997）およびYoungら（2004）によるC₂SおよびH₂COの観測データを用い、低励起遷移の適合を改善するため、包層パラメータを調整した。
• 化学モデル（例：Aikawaら 2005）を、導出された濃度と照合することで、モデルの正確性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L1498およびL1517Bのような星なしコアにおいて、主要な分子種の半径方向濃度プロファイルはどのように変化するか？
• RQ2 どの分子が化学的凍結に対して最も感受性が強く、コア進化のトレーサーとしてどのように利用できるか？
• RQ3 現在の化学モデルは、これらのコアにおける観測された濃度パターンをどの程度正しく予測できるか？
• RQ4 分子線スペクトルはコア内部構造をどのように反映しており、どの領域が観測された放出を支配しているか？
• RQ5 低密度包層は、特に光学的薄い遷移に対して、観測された線スペクトルをどのように形作っているか？

主な発見

• CO、CS、CH₃OH、SO、C₃H₂、HC₃N、C₂S、HCN、H₂CO、HCO⁺、DCO⁺など、大多数の分子が濃度プロファイルに明確な中心部の空洞を示しており、これは密度コア中心部での強い凍結を示している。
• 中心空洞の大きさは分子によって異なる：DCO⁺、HCN、HC₃Nは最小の空洞を示し、SO、C₂S、COは最大の空洞を示しており、凍結への感受性の違いが反映されている。
• N₂H⁺とNH₃のみがコア中心部でガス相で顕著に豊富に存在しており、これは、高密度で静穏なガスの強力なトレーサーであるというその地位を裏付けている。
• SO、C₂S、CH₃OHは、強い中心部の凍結と明確な半径依存性を示すため、分子凍結の感受性が高いトレーサーと特定された。
• 観測された濃度プロファイルは、現在の化学モデル（特にAikawaら 2005）の予測と1桁の違いを示しており、モデルの精錬が求められていることを示している。
• H₂COの1 11–1 10遷移は宇宙背景に対して強く吸収を示し、そのスペクトルはコア外の低密度ガスに極めて敏感である。モデルは、バックサイドの包層を含めない限り吸収を過小評価する。これは、このような遷移に対してはコアのみのモデル化では限界があることを示している。