[论文解读] Dense gas in nearby galaxies XI. Interstellar 12C/13C ratios in the central regions of M82 and IC342

Carsten Henkel, Y.-N. Chin+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 1997

Atomic and Molecular Physics被引用 4

一句话总结

本研究利用碳基分子（尤其是CN）的毫米波发射线，测量了星暴星系M82和IC342中心区域的星际12C/13C同位素比值。结果发现M82中12C/13C > 40，IC342中12C/13C > 30，表明其碳同位素比值高于银河系中心，暗示此类高比值可能在明亮红外星系中具有普遍性。

ABSTRACT

$^{12}$C$/^{13}$C line intensity ratios have been derived from several carbon-bearing molecules to confine the range of carbon and oxygen isotope abundance ratios toward the nuclear regions of two infrared bright galaxies. The most stringent limits are obtained from CN mm-wave emission lines. Supplementary measurements toward the Galactic center region indicate that overall I(12CN)/I(13CN) line intensity ratios are giving lower limits to the corresponding 12C/13C abundance ratio. Toward M 82 and IC 342, we find 12C/13C > 40 and >30. Therefore the smaller 12C/13C ratio of our own Galactic center region (25) may not be typical for central regions of galaxies which are more luminous in the infrared. The 12C/13C limits and data from various isotopic species of CO also infer 16O/18O abundance ratios of > 90 and > 125 for M 82 and IC 342, respectively. From the I(HC14N)/I(HC15N) line intensity ratio, 14N/15N > 100 is derived for M 82.

研究动机与目标

• 测定邻近明亮红外星系中心区域的星际12C/13C同位素丰度比值。
• 评估银河系中心观测到的较低12C/13C比值（25）是否具有星暴星系的代表性。
• 利用多同位素分子线数据约束氧和氮的同位素比值。
• 利用CN毫米波发射线作为致密星际气体中碳同位素比值的精确探针。

提出的方法

• 使用射电望远镜测量M82和IC342中12CN和13CN的毫米波发射线强度。
• 将I(12CN)/I(13CN)线强度比值作为12C/13C丰度比值的代理指标。
• 利用银河系中心的补充观测结果，将线强度比值校准为真实丰度比值的下限。
• 结合CO同位素体（12CO、13CO、含18O物种）的数据，推断16O/18O比值。
• 分析HC14N与HC15N线强度比值，推导14N/15N丰度比值。
• 应用辐射转移与激发态建模，确保线强度比值真实反映致密气体中的丰度比值。

实验结果

研究问题

• RQ1 M82和IC342中心区域的星际12C/13C同位素比值是多少？
• RQ2 这些星系中的12C/13C比值与银河系中心相比如何？
• RQ3 基于CO同位素体数据，M82和IC342中的16O/18O丰度比值是多少？
• RQ4 从HCN同位素体推导出的M82中14N/15N比值是多少？
• RQ5 I(12CN)/I(13CN)线强度比值是否可靠地提供了真实12C/13C丰度比值的下限？

主要发现

• 基于CN毫米波发射线强度，M82中的12C/13C比值被限制在40以上。
• IC342中的12C/13C比值超过30，表明其碳同位素丰度高于银河系中心。
• 基于CO同位素体线强度比值，M82中的16O/18O丰度比值大于90。
• 基于多同位素CO数据，IC342中的16O/18O比值超过125。
• 基于I(HC14N)/I(HC15N)线强度比值，M82中的14N/15N比值大于100。
• 线强度比值I(12CN)/I(13CN)为真实12C/13C丰度比值的下限，该结论得到银河系中心观测结果的验证。