[论文解读] New upper limits on the interstellar O2 abundance

F. Combes, Tommy Wiklind+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 3, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 3

一句话总结

本研究利用对类星体 B0218+357 的射电望远镜观测，获得了星际分子氧（O₂）丰度的新上限，观测波段为 33.4 和 70.5 GHz 处的吸收线。通过分析吸收云的填充因子并对比 CO 线，作者将 O₂/CO 丰度比约束在 1σ 水平下 ≤ 2 × 10⁻³，该结果比以往限制低七倍，显著缩小了星际介质中允许的 O₂ 丰度范围。

ABSTRACT

We report new observations of molecular oxygen in absorption at z=0.685 in front of the radio source B0218+357. The lines at 56.3 and 118.7 GHz have been observed, redshifted to 33.4 and 70.5 GHz respectively, with the 12m at Kitt Peak, 43m at Green Bank telescopes, and the 45m Nobeyama radio telescope. Deriving the surface filling factor of the absorbing dark cloud with other lines detected at nearby frequencies, we deduce from the upper limits on the O2 lines a relative abundance of molecular oxygen with respect to carbon monoxyde of O2/CO $\la$ 2 10$^{-3}$ at 1$σ$, seven times lower than the previous limit. The consequences of this result are discussed.

研究动机与目标

• 改进对弥漫星际介质中分子氧（O₂）丰度的约束。
• 解决理论预测与太空中 O₂ 观测未检测到之间的长期矛盾。
• 通过高灵敏度射电观测和云填充因子分析，降低 O₂ 丰度的上限。
• 评估低 O₂ 丰度对星际化学及氧耗竭机制的影响。

提出的方法

• 利用基特峰 12 米望远镜、格林班 43 米望远镜和野边山 45 米望远镜，对红移 z = 0.685 导致的 56.3 和 118.7 GHz 处 O₂ 转动能级跃迁线（红移到 33.4 和 70.5 GHz）进行了观测。
• 通过邻近频率处观测的其他分子线，推导出吸收暗云的表面填充因子。
• 以高灵敏度测量 O₂ 线强度，并基于未检测到信号建立上限。
• 通过比较推导出的 O₂ 柱密度与 CO 的柱密度，结合填充因子和激发温度估计值，计算 O₂/CO 丰度比。
• 在 1σ 置信水平下应用统计分析，以确定 O₂/CO 比值的上限。
• 在星际化学及氧储库模型的背景下解释结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 B0218+357 方向的弥漫云中，星际分子氧（O₂）丰度的上限是多少？
• RQ2 观测到的 O₂ 丰度与以往观测限制和理论预期相比如何？
• RQ3 吸收云的填充因子对 O₂ 柱密度测定有何贡献？
• RQ4 O₂/CO 丰度比如何约束星际氧耗竭的模型？
• RQ5 低 O₂ 丰度对星际介质化学演化有何影响？

主要发现

• 在 1σ 置信水平下，O₂/CO 丰度比被约束为 ≤ 2 × 10⁻³，相比以往限制有显著改进。
• 该新上限比以往最佳约束低七倍，表明对星际 O₂ 丰度的限制更加严格。
• 未检测到显著的 O₂ 吸收线，因此上限基于仪器的灵敏度和噪声水平确定。
• 推导出的吸收云填充因子在将线强度转换为柱密度方面至关重要，从而提升了丰度限制的精度。
• 结果表明，分子氧并非星际氧的主要储库，对现有化学模型构成挑战。
• 低 O₂ 丰度暗示氧可能以其他形式存在，例如尘埃颗粒上的冰壳层，或存在于尚未被探测到的其他分子中。