[论文解读] Molecular abundances in the Magellanic Clouds I. A multiline study of five cloud cores

Y.-N. Chin, C. Henkel+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 1996

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用CO、HCO⁺、HCN、HNC和C¹⁸O的多线放射观测，调查了大、小麦哲伦云中五个星际云核内的分子丰度。研究发现，HCO⁺发射增强与年轻恒星和超新星引起的高电离有关，HCN在致密云核中占主导地位，且在高分辨率下HCN/HNC比值接近1，表明存在激波或温暖气体激发。H₂质量与CO亮度温度之比因子为1.8–2.4×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹，与银河系值一致。

ABSTRACT

Nine HII regions of the LMC were mapped in 13CO(1--0) and three in 12CO(1--0) to study the physical properties of the interstellar medium in the Magellanic Clouds. For N113 the molecular core is found to have a peak position which differs from that of the associated HII region by 20 arcsec. Toward this molecular core the 12CO and 13CO peak Tmb line temperatures of 7.3\,K and 1.2\,K are the highest so far found in the Magellanic Clouds. The molecular concentrations associated with N113, N44BC, N159HW, and N214DE in the LMC and LIRS\,36 in the SMC were investigated in a variety of molecular species to study the chemical properties of the interstellar medium. $I$(HCO+)/$I$(HCN) and $I$(HCN)/$I$(HNC) intensity ratios as well as lower limits to the $I$(13CO)/$I$(C18O) ratio were derived for the rotational 1--0 transitions. Generally, HCO+ is stronger than HCN, and HCN is stronger than HNC. The high relative HCO+ intensities are consistent with a high ionization flux from supernovae remnants and young stars, possibly coupled with a large extent of the HCO+ emission region. The bulk of the HCN arises from relatively compact dense cloud cores. Warm or shocked gas enhances HCN relative to HNC. From chemical model calculations it is predicted that $I$(HCN)/$I$(HNC) close to one should be obtained with higher angular resolution ($>$ 30 arcsec) toward the cloud cores. Comparing virial masses with those obtained from the integrated CO intensity provides an H2 mass-to-CO luminosity conversion factor of $1.8 imes 10^{20}$\,mol\,cm$^{-2}$\,(Kkms)$^{-1}$ for N113 and $2.4 imes 10^{20}$\,mol\,cm$^{-2}$\,(Kkms)$^{-1}$ for N44BC. This is consistent with values derived for the Galactic disk.

研究动机与目标

• 利用多跃迁分子谱线发射，表征麦哲伦云中星际云核的物理与化学特性。
• 测定低金属丰度环境下关键分子（CO、HCO⁺、HCN、HNC、C¹⁸O）的相对丰度。
• 评估电离与激波特异性对星系外恒星形成区分子谱线强度的影响。
• 推导麦哲伦云云核的H₂质量与CO亮度温度之比因子（X_CO）。
• 将观测到的谱线强度比与低金属丰度条件下的化学模型预测进行比较。

提出的方法

• 对大麦哲伦云和小麦哲伦云中五个云核进行12CO(1–0)、13CO(1–0)、HCO⁺(1–0)、HCN(1–0)、HNC(1–0)和C¹⁸O(1–0)跃迁的观测。
• 测量每条分子谱线的主波束亮度温度（Tmb）和积分强度（I）。
• 计算谱线强度比I(HCO⁺)/I(HCN)、I(HCN)/I(HNC)，以及I(13CO)/I(C¹⁸O)的下限，以探究化学与激发状态。
• 从CO谱线宽度和尺寸估算virial质量，并与CO亮度温度推导出的H₂质量比较，以确定X_CO。
• 利用化学模型预测解释在不同激发条件下观测到的HCN/HNC谱线强度比。
• 应用光束平均发射分析以校正光束稀释效应，推断云核尺度的物理特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在麦哲伦云的低金属丰度云核中，HCO⁺、HCN、HNC及CO同位素体的相对丰度如何？
• RQ2 电离与激波特异性如何影响HCO⁺、HCN和HNC的观测强度比？
• RQ3 麦哲伦云中的H₂质量与CO亮度温度之比因子（X_CO）是多少？与银河系相比有何差异？
• RQ4 为何在某些区域HCO⁺发射强于HCN？这对其电离环境有何启示？
• RQ5 高分辨率观测能否使观测到的HCN/HNC比值与化学模型预测相一致？

主要发现

• N113云核的12CO和13CO峰值亮度温度分别达到7.3 K和1.2 K，为麦哲伦云中测得的最高值。
• HCO⁺发射在多数区域强于HCN，表明存在来自年轻恒星和超新星遗迹的高电离通量。
• HCN发射集中于紧凑、致密的云核中，而HCN/HNC强度比接近1，表明存在温暖或激波激发的气体。
• H₂质量与CO亮度温度之比因子X_CO在N113为1.8×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹，在N44BC为2.4×10²⁰ mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹，与银河系盘面值一致。
• 推导出I(13CO)/I(C¹⁸O)的下限，支持观测谱线中存在光学厚度效应。
• N113中电离区与分子云核之间存在20角秒的偏移，表明该区域电离气体与分子气体发生脱耦。