[论文解读] First detection of methyl formate in the hot molecular core IRAS 18566+0408

Arijit Manna, Sabyasachi Pal|arXiv (Cornell University)|May 4, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用 3

一句话总结

本研究利用ALMA Band 3观测首次在高温分子核IRAS 18566+0408中检测到甲酸甲酯（CH3OCHO）的发射。对转动跃迁谱线的分析得到其柱密度为(4.1±0.1)×10¹⁵ cm⁻²，相对于H₂的分数丰度为3.90×10⁻⁹，与Garrod（2013）提出的缓慢升温模型预测高度一致，支持表面冰粒上的自由基反应是其主要形成路径。

ABSTRACT

The studies of the complex molecular emission lines in millimeter and submillimeter wavelengths towards the hot molecular cores demonstrate valuable details about the chemical complexity in the interstellar medium (ISM). We presented the first detection of the rotational emission lines of the complex organic molecule methyl formate (CH$_{3}$OCHO) towards the hot molecular core region IRAS 18566+0408 using the high-resolution Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) band 3 observation. The estimated column density of CH$_{3}$OCHO using the rotational diagram analysis was (4.1$\pm$0.1)$ imes$10$^{15}$ cm$^{-2}$ with rotational temperature 102.8$\pm$1.2 K. The estimated fractional abundance of CH$_{3}$OCHO towards the IRAS 18566+0408 relative to hydrogen (H$_{2}$) was 3.90$ imes$10$^{-9}$. We noted that the estimated fractional abundance of CH$_{3}$OCHO is fairly consistent with the simulation value predicted by the three-phase warm-up model from Garrod (2013). We also discussed the possible formation mechanism of CH$_{3}$OCHO towards the hot molecular cores.

研究动机与目标

• 在大质量恒星形成区IRAS 18566+0408的高温分子核中探测并表征甲酸甲酯（CH3OCHO）的转动发射谱线。
• 确定该区域CH3OCHO相对于H₂的柱密度、转动温度及分数丰度。
• 将观测到的CH3OCHO丰度与Garrod（2013）提出的三阶段升温化学模型的理论预测进行比较。
• 在星际冰化学与表面颗粒反应的背景下探讨CH3OCHO的形成机制。

提出的方法

• 在85.64–100.42 GHz频段进行高分辨率ALMA Band 3观测，以探测毫米波发射谱线。
• 利用连续谱成像估算H₂柱密度与尘埃光学厚度，确认该源在这些频率下为光学薄状态。
• 对检测到的CH3OCHO谱线应用转动图分析法，以推导其柱密度与转动温度。
• 结合推导出的H₂柱密度与CH3OCHO柱密度，计算其相对于H₂的分数丰度。
• 将观测到的丰度与Garrod（2013）三阶段升温模型的模拟结果进行比较，特别关注缓慢升温情景。
• 在气-粒化学背景下讨论其形成机制，重点分析CH3O与HCO自由基在冰质颗粒包膜上的反应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高温分子核IRAS 18566+0408中，甲酸甲酯（CH3OCHO）的柱密度与转动温度是多少？
• RQ2 该源中CH3OCHO相对于H₂的分数丰度是多少？与理论模型相比如何？
• RQ3 三阶段升温模型中的哪个阶段（快速、中等、缓慢）最能重现观测到的CH3OCHO丰度？
• RQ4 在IRAS 18566+0408环境中，CH3OCHO的主要形成路径是什么？

主要发现

• 通过85.64–100.42 GHz频段的ALMA Band 3观测，首次在IRAS 18566+0408中探测到甲酸甲酯（CH3OCHO）的转动发射谱线。
• 测得CH3OCHO的柱密度为(4.1±0.1)×10¹⁵ cm⁻²，转动温度为102.8±1.2 K，表明其来自高温核内部较暖区域的发射。
• CH3OCHO相对于H₂的分数丰度估计为3.90×10⁻⁹，与Garrod（2013）提出的缓慢升温模型预测值3.1×10⁻⁹高度一致。
• 观测丰度与缓慢升温条件下模拟得到的3.91×10⁻⁹丰度值良好吻合，支持CH3O与HCO自由基在冰质颗粒表面反应形成CH3OCHO的机制。
• 尘埃光学厚度为0.00533，证实连续谱发射为光学薄状态，验证了H₂柱密度估计值1.05×10²⁴ cm⁻²的可靠性。
• 结果表明，IRAS 18566+0408中的CH3OCHO主要通过在高温核缓慢升温阶段中，冰质颗粒表面HCO与CH3O自由基的反应形成。