[论文解读] FUSE Observations of the HD Molecule toward HD 73882

R. Ferlet, M. André+12 more|ArXiv.org|Jun 2, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 9被引用 30

一句话总结

本文报告了首次利用FUSE在高度消光的恒星HD 73882（E_B-V = 0.72）方向探测到HD分子，证明在高灵敏度条件下可于半透明星际云中观测到HD。测得的HD/H₂柱密度比约为10⁻⁵，表明HD可能在致密分子区域中成为主要的氘储存库，从而提供一种无需化学分馏校正即可直接测定星际D/H比值的方法。

ABSTRACT

The Lyman and Werner band systems of deuterated molecular hydrogen (HD) occur in the far UV range below 1200 A. The high sensitivity of the FUSE mission can give access, at moderate resolution, to hot stars shining through translucent clouds, in the hope of observing molecular cores in which deuterium is essentially in the form of HD. Thus, the measurement of the HD/H2 ratio may become a new powerful tool to evaluate the deuterium abundance, D/H, in the interstellar medium. We report here on the detection of HD toward the high extinction star HD 73882 [E(B-V)=0.72]. A preliminary analysis is presented.

研究动机与目标

• 利用远紫外光谱探测器（FUSE）任务在星际介质中探测HD分子。
• 评估HD是否可作为致密分子云中星际氘丰度（D/H）的直接示踪剂。
• 评估HD/H₂柱密度比是否可作为氘主要以分子形式存在的区域中D/H的可靠代理指标。
• 研究HD成为氘主要储存库的条件，以最小化化学分馏效应的影响。

提出的方法

• FUSE以时间标签模式对明亮的O8.5V型恒星HD 73882进行了约7小时的观测，覆盖远紫外波段（905–1187 Å），该波段包含HD的莱曼与沃纳带跃迁。
• 对光谱数据进行降噪与分析，以识别来自HD和H₂的吸收线，特别关注HD特征预期存在的1000–1187 Å波段。
• 采用同步轮廓拟合技术对多个HD和H₂谱线进行拟合，以推导HD/H₂柱密度比，同时考虑谱线饱和及本征线宽的影响。
• 使用光致离解模型模拟H和D物种随视觉消光（A_V）变化的演化过程，假设为半无限、平面平行的云层，采用标准紫外辐射场和宇宙射线电离率。
• 模型中包含了H₂和HD的自屏蔽效应，由于HD的截面较小，其光致离解效率较低，导致其分子形态的形成时间更晚。
• 分析假设为单一吸收组分以简化处理，尽管注意到原子线（如Na I）中存在多个速度组分，可能使解释复杂化。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用FUSE在远紫外波段的高灵敏度，在半透明星际云中探测到HD分子？
• RQ2 在何种视觉消光水平下，HD相较于原子D或H₂成为氘的主要储存库？
• RQ3 HD/H₂柱密度比在多大程度上可作为无需化学分馏校正的星际D/H丰度的直接且可靠度量？
• RQ4 观测到的谱线轮廓和饱和程度如何影响高消光视线中推导出的HD/H₂比值的准确性？
• RQ5 观测到的HD信号是否与单一分子组分一致，还是原子线中的多个速度组分暗示了更复杂的云层结构？

主要发现

• 成功在HD 73882方向探测到HD分子，标志着首次在半透明云中通过FUSE实现HD的探测。
• HD/H₂柱密度比估计约为10⁻⁵，但由于显著的谱线饱和，此值被视为上限。
• 观测到的消光（A_V ≈ 2.44）对应于HD预计成为氘主要储存库的区域，与光致离解模型结果一致。
• 建模显示，D向HD的转变发生在H向H₂转变之后，表明HD形成更晚，并在云层更深层持续存在。
• HD谱线对速度结构的敏感性低于原子线，表明即使Na I中存在多个组分，它们在HD中可能无法被分辨。
• 结果支持HD/H₂作为致密分子区域中星际D/H比值的直接且稳健探针，且不受化学分馏效应影响。