HC_3N,另一种激波示踪分子__张江水.pdf

第 21 卷第 4 期2022 年12 月广州大学学报(自然科学版)Journal of Guangzhou University(Natural Science Edition)Vol 21No 4Dec2022收稿日期:2022-03-09;修回日期:2022-03-23作者简介:张江水(1972)，男，教授，博士 E-mail:jszhang gzhu edu cn引文格式:张江水，汪友鑫，陈家梁，等 HC3N，另一种激波示踪分子?J 广州大学学报(自然科学版)，2022，21(4):87-93文章编号:1671-4229(2022)04-0087-07HC3N，另一种激波示踪分子?张江水，汪友鑫，陈家梁，赵洁瑜，邹益鹏(广州大学 天体物理中心，广东 广州510006)摘要:激波，即冲击波，与恒星形成演化过程密切相关。目前，已知的激波示踪分子主要有氧化硅(SiO)、氧化硫(SO)和异氰酸(HNCO)。最近的研究表明，恒星形成区中 HC3N 的形成可能与激波有关。为了检验 HC3N是否可以作为激波的示踪分子，使用 IAM 望远镜对 21 个大质量恒星形成区的 HC3N J=12-11 和 SiO J=5-4进行了观测。对观测资料处理分析，发现在所有源中都探测到了 HC3N J=12-11，在12 个源中探测到 SiO J=5-4 谱线。和 SiO 分子谱线一样，绝大多数源(16 个)的 HC3N J=12-11 谱线也显示出明显的线翼特征。对 HC3NJ=12-11 有明显线翼的源进一步分析显示，HC3N 确实存在于恒星形成活动活跃的区域。通过分析 HC3N J=12-11 和 SiO J=5-4 的积分强度的相关性，发现这两种分子参数具有显著的正相关(相关系数 r=0.86)。观测分析结果支持 HC3N 为另外一种高速激波的示踪分子。关键词:天体化学;星际介质;激波;HC3N中图分类号:ET 471文献标志码:AHC3N，another shock tracing molecule?ZHANG Jiang-shui，WANG You-xing，CHEN Jia-liang，ZHAO Jie-yu，ZOU Yi-peng(Center for Astrophysics，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China)Abstract:Shock waves are closely connected with star formation and evolution So far，the knowntracing molecules of shock waves include silicon monoxide(SiO)，suflur monoxide(SO)and isocya-nic acid(HNCO)ecent studies suggest that the formation of HC3N may also be associated withshock waves To investigate whether HC3N can be a tracer of shock waves，we used the IAM 30mtelescope to observe HC3N J=12-11 and SiO J=5-4 toward 21 high-mass star-forming regions Ouranalysis results on observation data show that，SiO J=5-4 was detected in 12 sources and HC3N J=12-11 was detected in all 21 sources As all detected SiO J=5-4 spectra，line wings appear clearly inmost of the HC3N J=12-11 spectra(16 out of 21)Investigations on those sources with line wingfeatures found that HC3N molecules are really existing in regions where star formation is active Fur-ther，statistical analysis on the integrated intensities of HC3N J=12-11 and SiO J=5-4 shows a sig-nificant positive correlation，with a correlation coefficient of 0.86 All of these results support thatHC3N can be used as another tracing molecule of the high-speed shock wavesKey words:Astrochemistry;ISM;shock;HC3N激波，即冲击波，是星际介质(Interstellar Medium，ISM)中一种普遍的现象，可能由超新星爆炸、星风以及快速移动的星际气体团块之间的碰撞等驱动1。恒星的形成、演化和死亡过程都与激波密切相关，一方面，星际介质中的激波可能触发分子云核的塌缩，从而导致新的恒星的形成;另一方面，新形成的恒星又会在演化过程中产生新的激波 2。目前，已知的激波示踪分子主要有氧化硅(SiO)、氧化硫(SO)和异氰酸(HNCO)3 5。广州大学学报(自然科学版)第 21 卷其他分子是否可以示踪激波?以及它们示踪的物理环境和已知的激波示踪分子是否具有差异，这些问题依旧是天体化学研究中的重点问题。寻找新的激波示踪分子对于理解这些分子的化学特性和限定恒星形成中的物理环境具有重要意义。1971 年，HC3N 首次在银河系中心人马座 Sgr B2 中被探测到 6，是一个良好的致密分子探针7 9。它的主要合成途径为 C2H2+CNHC3N+H10 11。激波模型提出 HC3N 的前体分子(C2H2)在高速(40 kms1)激波的作用下被释放到气态环境中，并和 CN 反应生成 HC3N12。观测方面，在具有明显外向流的源中，HC3N 的谱线显示出明显的线翼特征13，相对于 HC5N和 N2H+，HC3N 的谱线具有更大的线宽14 15。以上的模型和少量的观测研究表明，HC3N 可能是另一种激波示踪分子。为了证实 HC3N 是否可以示踪激波，笔者申请并获得了 IAM 30 m 望远镜的观测时间，对 21 个大质量恒星形成区的 HC3N J=12-11 和另一种高速激波示踪分子 SiO J=5-4 进行了观测。本文的第1 节主要介绍观测情况，在第 2 节给出对观测资料的处理过程，以及相应的处理分析结果。关于 HC3N 谱线的线翼以及 HC3N 和SiO 积分强度之间的相关性，在第 3 节中进行了讨论。第 4 节列出了主要结论。1观测在 2020 年 9 月和 10 月，笔者利用当前最先进的单天线毫米波望远镜 IAM 30 m(西班牙，格拉纳达)对21 个大质量恒星形成区的 HC3N J=12-11 和 SiO J=5-4进行了观测。观测中采用具有双极化功能的 8 个混频接收机(Eight Mixer eceiver，EMI)和宽带模式下的快速傅里叶变换频谱仪(FTS)。观测的频率范围为 108 115.5 GHz 和 216.5 220.5 GHz，频率分辨率为 195kHz，对应的速度分辨率在 109 GHz 和 217 GHz 分别为0.5 kms1和 0.3 kms1。观测的 HC3N J=12-11和 SiO J=5-4 谱线的静止频率分别为 109.173 634 GHz和 217.104 980 GHz，对应的望远镜波束大小分别为 19角秒和10 角秒。观测采用位置切换模式(Position-switc-hing mode)，其 Off 点的位置在源的方位角上偏离30 角分。观测 HC3N J=12-11 和 SiO J=5-4 时的系统温度分别为 156 300 K 和 300 1 300 K。主波束亮度温度(Tmb)等于天线温度(T*A)乘以前端效率和主波束效率的比值(对于 HC3N 和 SiO，Feff/Beff分别为 0.94/0.78 1.21 和 0.94/0.63 1.49)。每一次扫描的积分时间为4.8 min，谱线均方根误差(root-mean-square，rms)的典型值为 0.02 K(HC3N)和 0.05 K(SiO)。样本源的观测信息见表 1。表 1样本源的观测参数及谱线参数Table 1Observed parameters and spectral parameters of our sources源名赤经(J2000)赤纬分子积分时间均方根误差 积分强度主波束亮温度蓝端线翼红端线翼(J2000)(J2000)/min/K/(K kms1)/KwingwingG000 3717:46:21 4028:35:39 8HC3N1140 0111 00 0 141 45YYSiO0 024 59 0 070 40G010 6218:10:17 9819:54:04 6HC3N580 022 47 0 040 90YNSiO0 05G010 62118:10:28 5619:55:48 7HC3N890 0235 20 0 064 64YNSiO0 0420 60 0 152 02G012 0218:12:01 8418:31:55 8HC3N600 010 88 0 020 24YNSiO0 02G012 8118:14:14 0617:55:11 3HC3N580 0326 20 0 087 00NYSiO0 10G013 8718:14:35 8316:45:35 8HC3N1200 013 77 0 021 25YNSiO0 02G027 3618:41:51 0505:01:43 4HC3N580 0214 90 0 132 20YYSiO0 0716 80 0 361 1988https:/www iram-institute org/EN/第 4 期张江水等:HC3N，另一种激波示踪分子?(续表 1)源名赤经(J2000)赤纬分子积分时间均方根误差 积分强度主波束亮温度蓝端线翼红端线翼(J2000)(J2000)/min/K/(K kms1)/KwingwingG029 8618:45:59 5702:45:06 5HC3N580 022 93 0 030 97YYSiO0 03G029 9518:46:03 7402:39:22 3HC3N1200 0113 51 0 142 72YYSiO0 0214 10 0 131 18G049 4819:23:39 8214:31:04 9HC3N560 0227 85 0 183 90YYSiO0 0324 52 0 212 01G059 7819:43:11 2423:44:03 0HC3N580 025 68 0 042 64YYSiO0 06G069 5420:10:09 0731:31:35 9HC3N580 018 98 0 042 14YNSiO0 0310 11 0 170 98G073 6520:16:21 9335:36:06 0HC3N580 020 78 0 040 21NNSiO0 06G081 7520:39:01 9942:24:59 2HC3N290 0210 13 0 034 51YYSiO0 032 81 0 090 32G109 8722:56:18 0562:01:49 5HC3N580 028 58 0 052 29NYSiO0 049 40 0 240 63G111 5423:1