[论文解读] On the internal structure of starless cores. II. A molecular survey of L1498 and L1517B

M. Tafalla, J. Santiago-García+4 more|ArXiv.org|May 19, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 70被引用 96

一句话总结

本研究利用辐射转移建模对暗星云核L1498和L1517B进行了分子调查，推导出13种分子的自洽径向丰度分布。通过结合先前建立的物理结构与球对称蒙特卡罗辐射转移代码，作者发现大多数分子（如CO、CS、SO和CH₃OH）由于冻结沉积而在中心区域表现出明显的空洞，而N₂H⁺和NH₃在核心中心仍保持高丰度，表明其对冻结沉积具有强抵抗力。研究结果强调SO、C₂S和CH₃OH是探测冻结沉积最敏感的示踪分子，并揭示了观测丰度与当前化学模型之间存在显著差异。

ABSTRACT

[Abridged] We present a molecular survey of the starless cores L1498 and L1517B. These cores have been selected for their relative isolation and close-to-round shape, and they have been observed in a number of lines of 13 molecular species (4 already presented in the first part of this series): CO, CS, N2H+, NH3, CH3OH, SO, C3H2, HC3N, C2S, HCN, H2CO, HCO+, and DCO+. Using a physical model of core structure and a Monte Carlo radiative transfer code, we determine for each core a self-consistent set abundances that fits simultaneously the observed radial profile of integrated intensity and the emergent spectrum towards the core center (for abundant species, optically thin isopologues are used). From this work, we find that L1498 and L1517B have similar abundance patterns, with most species suffering a significant drop toward the core center. This occurs for CO, CS, CH3OH, SO, C3H2, HC3N, C2S, HCN, H2CO, HCO+, and DCO+, which we fit with profiles having a sharp central hole. The size of this hole varies with molecule: DCO+, HCN, and HC3N have the smallest holes while SO, C2S and CO have the largest holes. Only N2H+ and NH3 are present in the gas phase at the core centers. From the different behavior of molecules, we select SO, C2S, and CH3OH as the most sensitive tracers of molecular depletion. Comparing our abundance determinations with the predictions from current chemical models we find order of magnitude discrepancies. Finally, we show how the ``contribution function'' can be used to study the formation of line profiles from the different regions of a core.

研究动机与目标

• 确定两个孤立、近似球形的暗星云核L1498和L1517B中13种分子物种的径向丰度分布，以理解化学非均质性。
• 校正因致密核心内部物种选择性冻结沉积而引起的分子谱线观测偏差。
• 通过将模型预测与辐射转移模拟结果对比，检验当前化学模型对观测丰度分布的适用性。
• 识别在低质量暗星云核中探测化学冻结沉积最敏感的分子示踪剂。
• 利用贡献函数分析谱线轮廓的起源区域，揭示观测偏差。

提出的方法

• 采用球对称蒙特卡罗辐射转移代码模拟核心的谱线发射与强度分布。
• 将L1498和L1517B的物理结构（密度、温度、湍流、速度）作为固定输入，其数据源自先前的连续谱与谱线观测。
• 假设大多数物种具有中心空洞的径向依赖性，同时拟合每种分子的丰度分布，使其与观测到的径向强度分布和中心谱线相匹配。
• 计算贡献函数，以评估谱线发射的空间起源，理解哪些核心区域主导了观测到的谱线轮廓。
• 通过与文献数据对比验证模型拟合结果，包括Wolkovitch等（1997）和Young等（2004）关于C₂S和H₂CO的观测，调整包层参数以改善对低激发跃迁的拟合。
• 将化学模型（如Aikawa等，2005）与推导出的丰度进行比较，以评估模型的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在L1498和L1517B等暗星云核中，关键分子物种的径向丰度分布如何变化？
• RQ2 哪些分子对化学冻结沉积最敏感，如何利用它们追踪核心演化？
• RQ3 当前化学模型在多大程度上能准确预测这些核心中的观测丰度分布？
• RQ4 分子谱线轮廓在多大程度上反映了核心的内部结构，哪些区域对观测发射贡献最大？
• RQ5 低密度包层在塑造观测谱线轮廓（尤其是光学薄跃迁）方面发挥何种作用？

主要发现

• 大多数分子，包括CO、CS、CH₃OH、SO、C₃H₂、HC₃N、C₂S、HCN、H₂CO、HCO⁺和DCO⁺，在其丰度分布中表现出明显的中心空洞，表明致密核心中心存在强烈的冻结沉积。
• 中心空洞的大小因分子而异：DCO⁺、HCN和HC₃N的空洞最小，而SO、C₂S和CO的空洞最大，反映出其冻结沉积易感性的差异。
• 只有N₂H⁺和NH₃在核心中心仍保持显著的气相丰度，证实其作为致密、静止气体的稳健示踪剂地位。
• SO、C₂S和CH₃OH被确定为探测分子冻结沉积最敏感的示踪分子，因其表现出强烈的中心亏损和清晰的径向分布。
• 观测到的丰度分布与当前化学模型（特别是Aikawa等，2005）的预测存在数量级差异，表明需要对模型进行改进。
• H₂CO的1 11–1 10跃迁表现出对宇宙背景辐射的强吸收，其轮廓对核心外部的低密度气体高度敏感；若不引入后方包层，模型会低估吸收，凸显了仅考虑核心区域建模在该类跃迁中的局限性。