[论文解读] Interstellar sulfur isotopes and stellar oxygen burning

Y.-N. Chin, C. Henkel+3 more|ArXiv.org|May 16, 1995

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 8

一句话总结

本研究利用CS同位素体的J = 2–1跃迁线谱线调查，在银河系盘面20个恒星形成区中测量了星际硫同位素比值（32S/34S和34S/33S）。研究发现32S/34S与银心距离呈正相关，最佳拟合关系为32S/34S = 3.3 ± 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 ± 3.1，支持大质量恒星中氧燃烧的核合成过程，并对银河系化学演化模型提供了约束。

ABSTRACT

A 12C32S, 13C32S, 12C34S, and 12C33S J = 2 - 1 line survey has been made to study interstellar 32S/34S and 34S/33S ratios from the galactic disk. The four CS isotopomers were detected in 20 star forming regions with galactocentric distances between 3 and 9 kpc. From a comparison of line velocities, the C33S J = 2 - 1 rest frequency is about 250 kHz below the value given in the Lovas (1992) catalog. Taking 12C/13C ratios from Wilson & Rood (1994) and assuming equal 12C32S and 13C32S excitation temperatures and beam filling factors, 12C32S opacities are in the range 3 to 15; average 32S/34S and 34S/33S isotope ratios are 24.4 +/- 5.0 and 6.27 +/- 1.01, respectively. While no systematic variation in the 34S/33S isotope ratio is found, the 32S/34S ratio increases with galactocentric distance when accounting for the 12C/13C gradient of the galactic disk. A fit to the unweighted data yields 32S/34S = 3.3 +/- 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 +/- 3.1 with a correlation coefficient of 0.84. Since the interstellar sulfur (S) isotopes are synthesized by oxygen burning in massive stars, consequences for nucleosynthesis and models of chemical evolution are briefly discussed.

研究动机与目标

• 利用CS同位素体的射电辐射线测量银河系盘面中星际32S/34S和34S/33S同位素比值。
• 研究硫同位素比值随银心距离的空间变化。
• 检验观测到的同位素比值是否可由大质量恒星中氧燃烧的核合成过程解释。
• 利用观测到的硫同位素数据约束银河系化学演化模型。

提出的方法

• 在20个银心距离为3至9 kpc的恒星形成区中，对12C32S、13C32S、12C34S和12C33S进行J = 2–1跃迁线谱线调查。
• 测量谱线径向速度和静止频率，对12C33S J = 2–1线相对于Lovas (1992)目录的250 kHz频偏进行了校正。
• 采用Wilson & Rood (1994)提供的12C/13C比值，并假设12C32S与13C32S具有相同的激发温度和 beam 填充因子，以推导光学厚度。
• 使用未加权线性回归将32S/34S比值与银心距离拟合，以评估空间趋势。
• 将观测到的同位素比值与大质量恒星中氧燃烧的理论预测进行比较，以评估其核合成起源。

实验结果

研究问题

• RQ1 在银河系盘面中，34S/33S同位素比值是否存在系统性变化？
• RQ2 在银河系中，32S/34S同位素比值如何随银心距离变化？
• RQ3 星际云中观测到的硫同位素比值是否可由大质量恒星中氧燃烧的核合成过程解释？
• RQ4 观测到的同位素比值对银河系化学演化模型施加了何种约束？

主要发现

• 平均32S/34S同位素比值为24.4 ± 5.0，12C32S的光学厚度范围为3至15。
• 34S/33S同位素比值为6.27 ± 1.01，且在银河系盘面中无显著系统性变化。
• 32S/34S比值随银心距离增加而上升，最佳拟合线性关系为：32S/34S = 3.3 ± 0.5 (dGC/kpc) + 4.1 ± 3.1。
• 该趋势的皮尔逊相关系数为0.84，表明存在强正相关关系。
• 观测到的同位素比值与硫通过大质量恒星中氧燃烧生成的理论一致。
• 数据支持涉及氧燃烧的核合成模型，并为银河系化学演化模型提供了约束。