[论文解读] ISO-LWS observations of C+ and O lines in absorption toward SgrB2

C. Vastel, P. Cox+4 more|CERN Bulletin|Aug 9, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 22

一句话总结

本研究利用高分辨率ISO-LWS法布里-珀罗观测，对Sgr B2方向的[ C II] 157.7 μm、[O I] 63.2 μm和145.5 μm谱线进行观测，以分离视线方向上的多重云层。结果表明，约70%的气态氧以原子形式存在（O⁰），内部云核中的O⁰/CO比值约为2.5，且证明[ C II] 157.7 μm谱线可能光学厚，从而解释了明亮星系中该谱线的辐射不足现象。

ABSTRACT

High spectral resolution ISO-LWS observations of the [OI] 63.2 and 145.5 microns and [CII] 157.7 microns fine structure lines are presented for the center of the Sagittarius B2 complex (SgrB2). Both the [OI] 63.2 microns and the [CII] 157.7 microns lines are detected in absorption. Using observations of the CO isotopes and of the HI lines, absorption components can be associated with many clouds along the Sgr B2 line of sight. From these data, we were able to disentangle three different layers, as predicted by PDR models, which contain atomic oxygen. We derive lower limits for the column densities of C and O. The fact that the [CII] 157.7 microns line is detected in absorption implies that the main cooling line of the interstellar medium can be optically thick especially in the direction of large star-forming complexes or in the nuclei of galaxies. This could partially account for the deficiency in the [CII] 157.7 microns line which has been recently found toward infrared bright galaxies in ISO data.

研究动机与目标

• 利用高 spectral 分辨率的远红外精细结构谱线，分离Sgr B2视线方向上的多重云层。
• 确定星际云不同相态中（C⁺、C⁰、CO）碳和氧的分布。
• 量化O⁰/CO丰度比，并评估原子氧在星际冷却中的作用。
• 研究[ C II] 157.7 μm谱线的光学深度及其对星形成区ISM冷却的影响。
• 通过将观测到的谱线轮廓与云层结构对比，检验PDR模型的预测。

提出的方法

• 利用ISO-LWS仪器对[ C II] 157.7 μm、[O I] 63.2 μm和145.5 μm谱线进行高分辨率法布里-珀罗观测。
• 通过H I和CO同位素谱线数据交叉识别吸收组分，以追踪云的径向速度和柱密度。
• 通过谱线轮廓建模，分离不同云层的贡献：C⁺主导的外层、C⁰过渡区和CO主导的内核。
• 基于光学深度假设，从谱线强度推导原子碳和氧柱密度的下限。
• 通过比较O⁰柱密度与同位素CO观测得到的CO柱密度，计算O⁰/CO比值。
• 基于谱线轮廓中吸收特征的存在，评估[ C II]谱线的光学深度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Sgr B2视线方向的致密云中，气态氧有多少比例以原子形式（O⁰）存在，而非被锁定在CO中？
• RQ2 C⁺、C⁰和CO在银河系中心星际云不同层次中的分布如何变化？
• RQ3 在高柱密度区域（如Sgr B2）中，[ C II] 157.7 μm谱线的光学厚度达到何种程度？
• RQ4 高分辨率远红外观测能否分辨出多个吸收组分，并区分其物理起源？
• RQ5 观测到的O⁰/CO比值与标准PDR模型的预测相比如何？

主要发现

• 在Sgr B2视线方向上，原子氧（O⁰）的总柱密度在-120 km s⁻¹至+10 km s⁻¹速度范围内约为3.1 × 10¹⁹ cm⁻²。
• 在云的内部核心区域，O⁰/CO比值约为2.5，表明约70%的气态氧以原子形式存在。
• [ C II] 157.7 μm谱线在速度低于20 km s⁻¹时检测到吸收，表明ISM主要冷却谱线存在光学深度效应。
• [O I] 63.2 μm谱线在整个-200至100 km s⁻¹速度范围内均呈吸收，与冷、原子气体吸收一致。
• C⁰柱密度估计约为2.4 × 10¹⁷ cm⁻²，与独立的[C I] 492 GHz观测结果高度一致。
• 在银河系旋臂距离3–4 kpc的云中，C⁺/C⁰比值约为2.5，而在银河系中心区域则下降至<0.7。