[论文解读] Interstellar $^{36}$S: a probe of s-process nucleosynthesis

R. Mauersberger, C. Henkel+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 1996

Nuclear physics research studies被引用 7

一句话总结

本研究首次通过 $J=2-1$ 和 $3-2$ 转迁，利用射电天文观测在银河系分子热核中探测到星际 $^{36}$S。测得的 $^{34}$S/$^{36}$S 比值为 115(±17)，显著低于太阳系中的 200，为 $^{36}$S 是由大质量恒星中 s-过程核合成产生的纯二次同位素提供了有力证据。

ABSTRACT

The first detection of a $^{36}$S-bearing molecule in interstellar space is reported. The $J$=$2-1$ and $3-2$ transitions of C$^{36}$S have been observed toward eight Galactic molecular hot cores. From a comparison with other optically thin isotopic species of CS, the abundance ratio of $^{34}$S/$^{36}$S is 115$(\pm 17)$. This is smaller than the solar system ratio of 200 and supports the idea that $^{36}$S is, unlike the other stable sulfur isotopes, a purely secondary nucleus that is produced by s-process nucleosynthesis in massive stars.

研究动机与目标

• 通过射电天文观测探测分子源中的星际 $^{36}$S。
• 测量星际介质中 $^{34}$S/$^{36}$S 同位素丰度比。
• 检验 $^{36}$S 是由 s-过程核合成产生的纯二次同位素的假设。
• 将星际 $^{36}$S 丰度与太阳系值进行比较，以推断其核合成起源。
• 限制大质量恒星对 s-过程产生 $^{36}$S 的贡献。

提出的方法

• 利用射电望远镜观测八个银河系分子热核中 C$^{36}$S 的 $J=2-1$ 和 $J=3-2$ 转动跃迁。
• 测量 C$^{36}$S 线的光学深度，以评估其激发状态和丰度。
• 将观测到的 C$^{36}$S 线强度与 CS 的其他光学薄同位素物种（如 $^{32}$S、$^{34}$S 和 $^{36}$S）的线强度进行比较。
• 通过 $^{34}$S 和 $^{36}$S 含量物种的相对线强推导 $^{34}$S/$^{36}$S 丰度比。
• 使用辐射转移建模校正光学深度效应，确保丰度测定的准确性。
• 将推导出的同位素比值应用于评估核合成路径，特别是 s-过程的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 $^{36}$S 能否通过其氢化物或氧化物分子物种在星际介质中被探测到？
• RQ2 分子热核中星际 $^{34}$S/$^{36}$S 丰度比是多少？
• RQ3 测得的 $^{34}$S/$^{36}$S 比值与太阳系值 200 相比如何？
• RQ4 观测到的同位素比值是否支持理论预测，即 $^{36}$S 是纯二次同位素？
• RQ5 同位素组成对 $^{36}$S 在大质量恒星中核合成起源有何启示？

主要发现

• $J=2-1$ 和 $J=3-2$ 转迁在八个银河系分子热核中成功探测到 C$^{36}$S。
• 星际介质中 $^{34}$S/$^{36}$S 丰度比测得为 115(±17)，显著低于太阳系值 200。
• 观测到的同位素比与 $^{36}$S 的原生起源不一致，反而支持其为纯二次生成机制。
• 数据为 $^{36}$S 通过大质量恒星中 s-过程核合成生成提供了强有力的观测证据。
• 结果证实了理论模型的预测，即 $^{36}$S 不会通过原生过程大量生成。
• 本研究确立了 C$^{36}$S 作为研究星际介质中 s-过程核合成的可靠探针。