[论文解读] Deuterium toward the WD0621-376 sight line: Results from the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) Mission

Nicolas Lehner, C. Gry+6 more|CERN Bulletin|Nov 16, 2001

Atmospheric Ozone and Climate被引用 24

一句话总结

本研究首次通过FUSE观测到白矮星WD 0621−376方向的氘吸收，测得D/O比值为(3.9 ± 1.3/1.0) × 10⁻²，并推导出D/H比值约为1.3 × 10⁻⁵。结果与其它本地星际介质测量一致，支持本地星际介质中氘的丰度分布均匀，并表明氮和氩存在显著电离，暗示本地星际云之外存在弥散电离辐射场。

ABSTRACT

Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer observations are presented for WD0621-376, a DA white dwarf star in the local interstellar medium (LISM) at a distance of about 78 pc. The data have a signal-to-noise ratio of about 20-40 per 20 km/s resolution element and cover the wavelength range 905-1187 Å. LISM absorption is detected in the lines of D I, C II, C II*, C III, N I, N II, N III, O I, Ar I, and Fe II. This sight line is partially ionized, with an ionized nitrogen fraction of > 0.23. We determine the ratio $D/O = (3.9 \pm ^{1.3}_{1.0}) imes 10^{-2}$ (2$σ$). Assuming a standard interstellar oxygen abundance, we derive ${ m D/H} \approx 1. 3 imes 10^{-5}$. Using the value of N(H I) derived from EUVE data gives a similar D/H ratio. The D I/N I ratio is $(3.3 \pm ^{1.0}_{0.8}) imes 10^{-1}$ (2$σ$).

研究动机与目标

• 利用高分辨率远紫外光谱测量本地星际介质（LISM）中的氘丰度。
• 研究本地星际介质中氮和氩的电离态，以评估弥散电离辐射的作用。
• 测定WD 0621−376方向的D/O、D/H和D/N比值，并与其他视线方向进行比较。
• 检验D/H在本地星际介质中的一致性，并评估电离或化学演化可能引起的潜在变化。

提出的方法

• 利用FUSE卫星上的FUSE仪器获取高分辨率远紫外光谱，波段覆盖905–1187 Å，信噪比约为每20 km s⁻¹分辨率元20–40。
• 通过轮廓拟合程序识别并拟合D I、C II、C II*、C III、N I、N II、N III、O I、Ar I和Fe II的星际吸收线。
• 通过光谱拟合获得各离子的柱密度，并利用N I/N II和Ar I柱密度比值应用电离修正。
• D/O比值计算为(N(D I)/N(O I))，不确定度由柱密度误差传播得到。
• 在假设标准星际氧丰度的前提下推导D/H比值，并通过EUVE数据获得的H I柱密度进行交叉验证。
• 通过N I/(N I + N II)和Ar I/(Ar I + Ar II)比值估算电离分数，表明氮的电离度显著（>23%），氩的电离度约为65%，暗示存在强电离场。

实验结果

研究问题

• RQ1 在WD 0621−376视线方向，氘与氧（D/O）的比值是多少？这对本地星际介质中D/H丰度有何含义？
• RQ2 该视线方向氮的电离程度如何？这对N I作为H I示踪剂的可靠性有何影响？
• RQ3 本地星际介质中的D/H比值在多个视线方向是否一致？是否支持恒定的原始丰度？
• RQ4 弥散电离辐射在维持本地星际介质中氮和氩观测到的电离水平方面起什么作用？
• RQ5 通过FUSE获得的D/O和D/H比值与其他任务及视线方向的测量结果相比如何？

主要发现

• WD 0621−376方向的D/O比值测量结果为(3.9 ± 1.3/1.0) × 10⁻²（95%置信水平）。
• 推导出的D/H比值约为1.3 × 10⁻⁵，与Linsky（1998）对本地星际云报道的(1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵一致。
• N I/(N I + N II)比值小于0.77，表明超过23%的氮处于电离态，提示受到弥散极端紫外辐射的显著电离作用。
• Ar I柱密度表明约65%的氩处于电离态，支持本地云之外存在强电离场。
• D I/N I比值测量结果为(3.3 ± 1.0/0.8) × 10⁻¹，不确定度反映了氮的电离状态。
• D/H和D/O比值与其他LISM视线方向的一致性表明，氘和氧的丰度在本地星际介质中相对均匀。