[论文解读] Detection of extragalactic CF+ toward PKS1830-211 -- Chemical differentiation in the absorbing gas

S. Müller, Kentarou Kawaguchi+2 more|Chalmers Publication Library (Chalmers University of Technology)|Apr 1, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 22被引用 12

一句话总结

本研究利用ALMA首次在类星体PKS 1830-211的z=0.89红移吸收气体中探测到星系际CF+离子。CF+相对于H₂的丰度约为~3×10⁻¹⁰，表明仅有约1%的星际氟被锁存在CF+中；其谱线轮廓与CH₃OH呈反相关，且与[C I]相似，暗示吸收介质中存在化学分异。

ABSTRACT

We report the first extragalactic detection of CF+, the fluoromethylidynium ion, in the z=0.89 absorber toward PKS1830-211. We estimate an abundance of ~3E-10 relative to H2 and that ~1% of fluorine is captured in CF+. The absorption line profile of CF+ is found to be markedly different from that of other species observed within the same tuning, and is notably anti-correlated with CH3OH. On the other hand, the CF+ profile resembles that of [C I]. Our results are consistent with expected fluorine chemistry and point to chemical differentiation in the column of absorbing gas.

研究动机与目标

• 在银河系以外的星系环境中探测CF+离子。
• 研究高红移星际介质中含氟物种的化学分异。
• 测定PKS 1830-211吸收气体中CF+相对于H₂及其他分子物种的丰度。
• 将CF+的激发态与分布特性与CH₃OH、[C I]等其他分子进行比较，以推断其化学过程。
• 检验理论预测在稀薄至中等光学厚度星际云中氟化学行为的准确性。

提出的方法

• 在ALMA早期科学周期2期间，对CF+的J=2-1跃迁线（频率108.8 GHz）进行了观测，源积分时间为6分钟。
• 使用CASA软件进行数据校准，利用类星体J1924-292和J1832-2039进行频带和增益校准。
• 对PKS 1830-211的亮连续辐射进行自校准，以提升数据质量。
• 利用UVMULTIFIT在可见度域中对两个点源（SW与NE）进行建模，分别提取两个镜像的光谱。
• 在相同调谐范围内，将CF+的谱线轮廓与HCO+、HCN、HNC、HOC+、c-C₃H₂、SO和CH₃OH的谱线进行比较。
• 通过在速度空间上对光学深度积分，结合z=0.89处CMB温度T=5.14 K的热平衡假设，推导出柱密度。

实验结果

研究问题

• RQ1 CF+是否可在星系际环境中被探测到，特别是在PKS 1830-211的z=0.89吸收体中？
• RQ2 该高红移吸收气体中CF+相对于H₂的分数丰度是多少？
• RQ3 CF+的空间与运动学分布如何与CH₃OH和[C I]等其他分子相比较？
• RQ4 观测到的CF+丰度在多大程度上与稀薄云中氟化学的理论预测一致？
• RQ5 HF是否如模型预测的那样，是该系统中星际氟的主要储库？

主要发现

• 在PKS 1830-211的SW镜像方向探测到CF+，红移z=0.88582，标志着该离子在星系际环境中的首次探测。
• CF+的柱密度为5.5×10¹² cm⁻²，相对于H₂的分数丰度约为~3×10⁻¹⁰。
• CF+的谱线轮廓与其他物种显著不同，与CH₃OH吸收呈强烈反相关。
• CF+的谱线轮廓与[C I]高度相似，提示其具有相同的物理起源或激发环境。
• 仅有约1%的星际氟被束缚在CF+中，与理论预测及银河系稀薄云中的观测结果一致。
• HF被确认为氟的主要储库，其柱密度>3.4×10¹⁴ cm⁻²；而H₂F+未被探测到（3σ置信度下，[H₂F+]/[HF] ≤ 1/386的上限）。