[论文解读] Detection of spatial variations in the (D/H) ratio in the local interstellar medium

A. Vidal‐Madjar, Martin Lemoine+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 1998

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 8

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜/GHRS对白矮星G191-B2B进行的高分辨率光谱观测，测量了本地星际介质中的氘氢比（D/H）。研究检测到D/H的空间变化，发现在G191-B2B视线方向的三个吸收云层中平均D/H为1.12 × 10⁻⁵，显著低于对御夫座方向测得的1.56 × 10⁻⁵，表明本地星际环境中D/H的差异至少达到30%。

ABSTRACT

We present high spectral resolution HST-GHRS observations of the white dwarf G191-B2B, and derive the interstellar D/H ratio on the line of sight. We have observed and analysed simultaneously the interstellar lines of HI, DI, NI, OI, SiII, and SiIII. We detect three absorbing clouds, and we measure an average (D/H) ratio: N(DI)_Total / N(HI)_Total = 1.12 +/- 0.08 x 10**-5, in disagreement with the value of the D/H ratio as measured toward Capella by Linsky et al. (1993, 1995). We re-analyze the GHRS data of the Capella line of sight, and confirm their estimate, as we find: (D/H)_Capella = 1.56 +/- 0.1 x 10**-5, in the Local Interstellar Cloud in which the Sun is embedded. This shows that the D/H ratio varies by at least 30% within the local interstellar medium (not to be confused with the Local Interstellar Cloud). Furthermore, the Local Interstellar Cloud is also detected toward our target G191-B2B, and we show that the D/H ratio in this component, toward G191-B2B, can be made compatible with that derived toward Capella. However, this comes at the expense of a much smaller value for the D/H ratio as averaged over the other two components, of order 0.9 x 10**-5, and in such a way that the D/H ratio, as averaged over all three components, remains at the above value, i.e. 1.12 x 10**-5. We thus conclude that, either the D/H ratio varies from cloud to cloud, and/or the D/H ratio varies within the Local Interstellar Cloud in which the Sun is embedded, although we note that our observations neither prove nor disprove this latter possibility.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱学测量本地星际介质中的氘氢比（D/H）比率。
• 调查D/H比率在不同星际云层中是否存在空间变化。
• 将G191-B2B方向的D/H测量结果与此前针对御夫座的测量结果进行比较，以评估一致性与变异性。
• 确定差异是由云层之间的差异引起，还是由本地星际云内部的不均匀性引起。
• 重新分析现有的GHRS关于御夫座的数据，以确认早期的D/H估计值，并实现交叉比较。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜的戈达德高分辨率光谱仪（GHRS）对白矮星G191-B2B进行了高光谱分辨率观测。
• 对HI、DI、NI、OI、SiII和SiIII的星际吸收线进行了联合分析，以推导柱密度。
• 通过拟合数据识别出沿G191-B2B视线方向的三个独立吸收星际云。
• 针对每个云层测量了N(DI)和N(HI)的柱密度，并计算每个组分的D/H比率（即N(DI)/N(HI)）。
• 对所有三个组分的D/H比率进行加权平均，以获得视线方向的总D/H比率。
• 将结果与此前报告的御夫座方向1.56 × 10⁻⁵的D/H值进行比较，基于对现有GHRS数据的重新分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 本地星际介质中氘氢比（D/H）比率是否存在空间变化？
• RQ2 G191-B2B方向测得的D/H比率与御夫座方向测得的比率相比如何？
• RQ3 若假设本地星际云内部存在变化，是否可解释观测到的D/H差异？
• RQ4 在G191-B2B视线方向检测到的三个星际云中，每个云的D/H比率是多少？
• RQ5 在考虑其他组分的情况下，本地星际云中的D/H比率是否与御夫座方向的测量值一致？

主要发现

• G191-B2B视线方向的平均D/H比率为1.12 × 10⁻⁵，1σ不确定度为±0.08 × 10⁻⁵。
• 御夫座方向测得的D/H比率为1.56 × 10⁻⁵，1σ不确定度为±0.1 × 10⁻⁵，与早期估计一致。
• 两组测量值之间的差异表明，本地星际介质中D/H存在至少30%的空间变化。
• 只有当其他两个云层的D/H比率显著较低（约0.9 × 10⁻⁵）时，本地星际云组分的D/H比率才与御夫座值一致。
• 所有三个组分的总体平均D/H比率仍为1.12 × 10⁻⁵，表明该差异并非由测量误差引起，而是源于内在不均匀性。
• 本研究无法确认或排除本地星际云内部存在不均匀性，因为数据既与云层间差异相符，也与云内梯度变化相符。