星間化学におけるテラヘルツ単一鏡観測の役割

テラヘルツ領域の輝線高励起（高臨界密度）ライン∵E(J+1)-­‐E(J)=2hcB(J+1)
A21∝ν3Hydrates-­‐ H2D+ &	  D2H+-­‐ CH+-­‐ OH+-­‐ CI@Herschel,	  CSO…
⇒ 星形成コア中心部の化学⇒重水素の化学⇒ Diffuse	  cloud と 分子雲形成

星形成領域の化学

ダスト表面への分子凍結
水素付加
e.g.	  CO	  à CH3OH
T	  <	   20K

◎気相反応と固相の相互作用◎固相の詳細な組成は昇華物を観るしかない

熱拡散によるダスト表面反応
20K	  <	  T<	  100K

分子種

水素付加
grain/ice	  surface

Garrod &	  Herbst	  (2006);	  Aikawa	  et	  al.	  (2008)

昇華分子同士の気相反応
T	  >100K
昇華温度[K]

grain/ice	  surface

ラジカル反応@ nH=106-­‐1012cm-­‐3Furuya	   &	   YA	  (2014)

HEXOS	  (Herschel/HIFI	  Observations	  of	  EXtraOrdinary Sources)(Crockett	  et	   a.	  2014;	  2015)◎39分子種（79同位体種）からの~13000本のラインを検出◎Spectral	  feature	  (vlsr,	  dv)のfitでhot	  core,	  compact	  ridge,	  plateau	  ,	  extended	   ridgeを切り分け◎N-­‐bearing,	  S-­‐bearingの輝線はO-­‐bearingよりも高温領域から放射

空間分解能
Herschel	  	   44”@480GHz,	  	  	  11”@1900GHz(cf.	  南極10m	  17”@460GHz,	  	  5.7”@1300GHz)HEXOS	  (Herschel/HIFI	  Observations	  of	  EXtraOrdinary Sources)(Crockett	  et	   a.	  2014;	  2015)◎39分子種（79同位体種）からの~13000本のラインを検出◎Spectral	  feature	  (vlsr,	  dv)のfitでhot	  core,	  compact	  ridge,	  plateau	  ,	  extended	   ridgeを切り分け◎N-­‐bearing,	  S-­‐bearingの輝線はO-­‐bearingよりも高温領域から放射450GHz	  band@南極望遠鏡

HEXOS	  (Herschel/HIFI	  Observations	  of	  EXtraOrdinary Sources)(Crockett	  et	   a.	  2014;	  2015)◎39分子種（79同位体種）からの~13000本のラインを検出◎Spectral	  feature	  (vlsr,	  dv)のfitでhot	  core,	  compact	  ridge,	  plateau	  ,	  extended	   ridgeを切り分け◎N-­‐bearing,	  S-­‐bearingの輝線はO-­‐bearingよりも高温領域から放射
Trot=

Eup=0-­‐200	  K
Eup=200-­‐800	  K
Eup=800-­‐3000	  K

Fraction	  of	  total	   integrated	  intensity	   originating	  states	   in	  Eup

重水素濃縮とo/p比
Exothermic exchange reactions
H3+ + HD x H2D+ + H2 + ΔE-­‐ High	  D/H	  propagates	  to	  other	  molecules	  via	  reactions-­‐ X	  +	  H2D+XD+ +	  H2	   (1/3)
XH+ +	  HD	  	  	  (2/3)-­‐ H2D+ +	  e	   H2 +	  Don	  ice:	  	  D	  +	  X	  	  	  	  	  	  DX	  	  L1544@CSO

H2D+,	  D2H+にはオルソ・パラが存在。
→H2D+/H3+比などの測定にはオルソパラ両方の観測が必要

重水素濃縮とo/p比
Exothermic exchange reactions
H3+ + HD x H2D+ + H2 + ΔE

H2D+のオルソ・パラ比⇔H2のオルソ・パラ比

H2,	  H2D+のo/p比に依る

H2のo/p比は生成時は3-­‐-­‐>	  気相反応により変化o-­‐H2 75%
H	  +	   H(Watanabe	   et	  al.	  2010)p-­‐H2 25%o-­‐H2	  +	  XH+à p-­‐H2 +	  XH+	  p-­‐H2	  +	  XH+ ào-­‐H2 +	  XH+~170K

重水素濃縮とo/p比
Exothermic exchange reactions
H3+ + HD x H2D+ + H2 + ΔE

H2D+のオルソ・パラ比⇔H2のオルソ・パラ比

H2,	  H2D+のo/p比に依るBrunken et	   al.	  (2014)

OPR(H2D+)

see	   also	   Hugoo+07;	   Furuya+15

OPR(H2D+)T	  [K]

OPR(H2)
OPR(H2)

重水素濃縮とo/p比

IRAS16293-­‐2422AB

Brunken et	  al.	  (2014)

OPR(H2D+)=0.07+	  － 0.03-­‐-­‐>	  OPR(H2)	  ~	  2x10-­‐4

Diffuse	  cloudと分子雲形成-­‐H2 fraction-­‐ HCO+,	  C2H,	   C3H2…
-­‐ Ionization	  rate-­‐ CH+の化学-­‐ CI

Snow	   &	  McCall	  (2006)

H2 fraction	   and	  ionization rate
OH+@900GHz,	  1030GHz
H2O+@600GHz
H3O+@986GHz

H2 fraction	  と イオン化率（宇宙線）の指標

H	  +	  cr à H+ +	  e	  +	  CR’H+ +	  O	  +	  226K	  ß à O+ +	  H
O+ +	  H2 à OH+ +	  H
OH+ +	  H2 à H2O+ +	  H

fH2=0.042+0.018
ζH=(1.78+0.29)x10-­‐16 s-­‐1Indriolo et	   al.	  (2015)

CH+@835GHz
13CH+@830GHz
SH+:	  526GHz

CH+ in	  diffuse	  clouds

ΔV(HCO+)	  <	  ΔV(CH+,	  SH+)shockや乱流によるkinetic	  エネルギーの散逸を利用？

Diffuse	  cloudと分子雲形成＃分子雲形成は希薄なHIガスの掃き集め
磁場が圧縮を阻害-­‐-­‐>	  複数回の掃き集めが必要(Inoue	   &	  I nutsuka 2012;	   Inutsuka et	  al.	  2015)#	   Diffuse	  cloud	  は「最終掃き集め」前のガス？

(Inoue	   &	  I nutsuka 2012)

Diffuse	  cloudと分子雲形成-­‐H2 fraction-­‐ HCO+,	  C2H,	   C3H2…
-­‐ Ionization	  rate-­‐ CH+の化学-­‐ CI

Snow	   &	  McCall	  (2006)

CII/CI/CO	   in	  IRDC
Beuther et	   al.	  (2014)

CII@1900GHz	  (Herschel	  &	  SOFIA)
CI@492GHz	  (APEX)
CO@219GHz	  (IRAM30m)
G48.66

Intensity-­‐weighted	  velocity
CIICII/CI/CO	   in	  IRDC
Beuther et	   al.	  (2014)

CII@1900GHz	  (Herschel	  &	  SOFIA)
CI@492GHz	  (APEX)
CO@219GHz	  (IRAM30m)
IRDC18454

C18O(2-­‐1)

CICII

星間化学におけるテラヘルツ単一鏡観測の役割
ALMAで観測できない（容易でない）周波数

テラヘルツ領域の輝線
高励起（高臨界密度）ライン∵E(J+1)-­‐E(J)=2hcB(J+1)
A21∝ν3Hydrates-­‐ H2D+ &	  D2H+-­‐ CH+-­‐ OH+-­‐ CI

広がった天体@Herschel,	  CSO…
⇒ 星形成コア中心部の化学⇒重水素の化学⇒ Diffuse	  cloud と 分子雲形成