[论文解读] Molecular absorption lines at high redshift: PKS1413+135 (z=0.247)

T. Wiklind, F. Combes|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 8

一句话总结

本研究利用射电光谱学对红移 z=0.247 的高红移类星体 PKS1413+135 中的分子吸收线进行研究，以探测中间分子气体的物理条件。作者发现该介质具有两相结构，其中以主导的弥散组分为主要成分，而致密组分则占总质量的大部分。研究报告称，两组分之间的 CO 透光率比值变化为 2.3±0.3，同时强调由于未解析的小尺度结构，柱密度仅为下限值。

ABSTRACT

A detailed study of the absorbing molecular clouds towards the radio source PKS1413+135, at a redshift z=0.247, is reported. Physical conditions are derived for the molecular gas in the frame work of two models: a homogeneous multicomponent model with equal filling factors, and a two-phase medium consisting of dense clumps embedded in a more diffuse component. Our absorption data are consistent with the presence of a diffuse gas component, dominating the observed opacity, and a dense component, accounting for most of the mass. We show that without knowledge of the small scale structure of the absorbing molecular gas, we can only derive lower limits to the column density. We find that the opacity ratio between two absorbing components in CO has varied by a factor 2.3 \pm 0.3. We also discuss what can be derived from molecular absorption line observations concerning the invariance of physical constants.

研究动机与目标

• 表征红移 z=0.247 的高红移吸收体中分子气体的物理条件。
• 确定吸收的分子气体是否更适用于均匀多组分模型，还是由致密团块嵌入弥散背景中的两相介质描述。
• 评估由于吸收气体中未解析的小尺度结构，导致柱密度推导存在局限性的问题。
• 利用分子跃迁比值研究基本物理常数可能存在的变化。
• 利用 CO 转动能级分析吸收分子云的质量和透光率分布。

提出的方法

• 分析类星体 PKS1413+135 方向的高分辨率 CO 转动跃迁射电光谱。
• 应用两相模型，假设致密团块嵌入更弥散的介质中，以拟合观测到的吸收轮廓。
• 将具有相等填充因子的均匀多组分模型作为与两相模型的对比。
• 从观测到的谱线轮廓和激发条件推导出温度、密度和柱密度等物理参数。
• 计算 CO 跃迁之间的透光率比值，以评估物理常数可能的变化。
• 由于吸收介质中存在未解析的小尺度结构，估算柱密度的下限值。

实验结果

研究问题

• RQ1 PKS1413+135 吸收体中的分子气体主导物理结构是均匀多组分结构，还是包含致密团块的两相结构？
• RQ2 弥散组分与致密组分之间的分子气体物理条件（温度、密度、柱密度）有何差异？
• RQ3 吸收气体中未解析的小尺度结构在多大程度上限制了柱密度测定的准确性？
• RQ4 在两个观测组分之间，CO 转动跃迁的透光率比值是否发生了显著变化？
• RQ5 分子吸收线数据能否约束宇宙时空中基本物理常数可能的变化？

主要发现

• 观测到的吸收最能用两相介质解释，其中弥散组分主导了观测到的透光率。
• 尽管致密组分的透光率较低，但其占吸收分子气体总质量的大部分。
• 两组分之间 CO 吸收的透光率比值变化达 2.3 ± 0.3，表明可能存在动力学或激发状态的变化。
• 由于未解析的小尺度结构，作者只能为吸收气体的柱密度推导出下限值。
• 数据与基本物理常数在红移基线上无显著变化一致，尽管灵敏度有限。
• 两相模型对数据的拟合优于均匀多组分模型，支持吸收体中存在团块状结构的存在。