[論文レビュー] Trans-ethyl methyl ether in space - A new look at a complex molecule in selected hot core regions

Guido Fuchs, U. Fuchs+2 more|ArXiv.org|Aug 18, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 40被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、電波望遠鏡を用いたホットコア領域におけるトランス-エチルメチルエーテル（EME）という複雑な有機分子の検出を再検討する。オリオンKLや他の源での以前の予備的検出が確認されなかったものの、著者らはW51e2にEMEが強く存在することを示し、$2 \times 10^{14}\ \text{cm}^{-2}$の核密度を報告しており、エーテルの相対的豊度が高く、氷被膜化学におけるエタノールの役割を支持する。

ABSTRACT

An extensive search for the complex molecule trans-ethyl methyl ether towards several hot core regions has been performed. Using the IRAM 30m telescope and the SEST 15m we looked at several frequencies where trans-ethyl methyl ether has strong transitions, as well as lines which are particularly sensitive to the physical conditions in which the molecule can be found. We included G34.26, NGC6334(I), Orion KL, and W51e2 which have previously been proven to have a rich chemistry of complex molecules. Our observations cannot confirm the tentative Orion KL detection made by Charnley et al. (2001) within their stated column density limits, but we confirm the existence of the trans-ethyl methyl ether towards W51e2 with a column density of 2x10^14 cm-2. The dimethyl ether/methanol ratio of 0.6 as well as the newly found ethyl methyl ether/ethanol ratio of 0.13 indicate relative high abundances of ethers toward W51e2. Furthermore, the observation of ethyl methyl ether also confirms the importance of ethanol as a grain mantle constituent. We present new upper limits of around 8x10^13 cm-2 for the column densities of the molecule toward Orion KL, G34.26, NGC6334(I) and estimate the column density towards SgrB2(N) to be of the same order. The W51e2 observations are discussed in more detail.

研究の動機と目的

• 高感度電波観測を用いて、ホットコア領域におけるトランス-エチルメチルエーテル（EME）の予備的検出を再表現すること。
• 更新されたデータと向上したスペクトル解析を用いて、オリオンKL、SgrB2(N)、W51e2におけるEME検出の主張の信頼性を評価すること。
• W51e2におけるEMEの核密度および物理的状態を特定し、他のホットコアと比較することで化学的進化を推察すること。
• EME、ジメチルエーテル（DME）、エタノールの相対的豊度を評価し、EME生成が氷被膜化学に関連しているという仮説を検証すること。
• ホットコアの高温・高密度環境を考慮すると、観測されたEME線が非ねじれ分離スペクトルと整合するかを検討すること。

提案手法

• IRAM 30mおよびSEST 15m電波望遠鏡を用い、W51e2、オリオンKL、G34.26、NGC6334(I)の4つのホットコア領域に対して深さのあるスペクトル線調査を実施した。
• 1mm、2mm、3mmバンドの全周波数帯域で、トランス-エチルメチルエーテル（EME）の複数の回転遷移を標的とし、100 GHzを超える強力なB型遷移に注目した。
• ボルツマン集団解析を適用して観測されたEME線をフィットし、局所熱力学的平衡の仮定の下で励起温度と核密度を推定した。
• myXCLASSプログラムを用いてスペクトル線プロファイルをモデル化・予測し、観測スペクトルとの比較と線の同定を可能にした。
• 観測で放射線が検出されなかった源におけるEME核密度の上限を、ノイズレベルと積分時間から計算した。
• 観測されたEME/エタノールおよびDME/メタノールの豊度比を、星間化学的進化の理論モデルと比較して、化学的年齢と初期豊度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Chァンリーら（2001年）が報告したオリオンKLにおけるトランス-エチルメチルエーテル（EME）の予備的検出は、新しい高感度観測によって確認されるか？
• RQ2 W51e2におけるEMEの真の核密度は何か？ また、この源における高エーテル豊度の仮説を支持するか？
• RQ3 W51e2におけるEME/エタノールおよびDME/メタノールの豊度比は、他のホットコアと比較してどうか？ そして、化学的進化に何を示唆するか？
• RQ4 W51e2における観測されたEME線は、EMEに特異的であると断定できるか？ あるいは他の分子や機器的要因による混同の可能性はないか？
• RQ5 EMEの検出と上限値は、ホットコア化学モデルにおけるエタノールの初期分率にどのような制約を課えるか？

主な発見

• チャーンリーら（2001年）が報告したオリオンKLにおけるEMEの予備的検出は確認されず、EME核密度の上限は$1 \times 10^{14}\ \text{cm}^{-2}$である。
• W51e2にEMEの明確な検出が確認され、$2 \times 10^{14}\ \text{cm}^{-2}$の核密度を示した。これは高信噪比の複数の非混合線に基づく。
• W51e2におけるEME/エタノール豊度比は0.13であり、この源ではエーテルがアルコールに比べ相対的に豊富であることを示している。
• W51e2におけるジメチルエーテル/メタノール比は0.6であり、この地域におけるエーテル化学の強化をさらに支持する。
• W51e2におけるEMEの分率豊度$5.6 \times 10^{-10}$は、初期エタノール分率$X_{\text{Eol}} = 10^{-7}$を仮定した化学モデルと整合しており、化学的年齢が$\sim 10^4$〜$10^5$年であると示唆する。
• G34.26、NGC6334(I)、SgrB2(N)におけるEME核密度の上限は、いずれも$8 \times 10^{13}\ \text{cm}^{-2}$のオーダーであり、W51e2に比べ著しく低い豊度であることが示された。