分子云中 CO 冷却的一种简化处理方法

CO 在星际分子云中扮演重要角色，既作为冷却剂，也作为示踪分子。然而，正确估算由 CO 引起的冷却率需要确定许多能级的布居、这些能级间的自发与受激辐射去激发率，以及所发射多线辐射的转移；此外，还须对三种同位素体进行上述计算。若能有一个避免这些复杂性的简单解析公式将很有用；它可用于 CO 作为重要冷却剂但此作用细节并非主要关注点的情况。我们在此推导了这样一个公式：先考虑在（a）低体密度与光学厚度和（b）高体密度与光学厚度两种极限下成立的渐近形式，再将它们以拟合 Goldsmith & Langer (1978) 详细数值结果的方式组合，该结果涵盖低温以及热激发与亚热激发、光学厚度效应和稀有同位素体贡献均很重要的物理条件范围。拟合采用 Metropolis-Hastings 方法获得，并很好地复现了 GL78 的结果。它是一个纯粹的局域解析状态函数——具体为密度 ρ、等温声速 a、CO 丰度 X_{CO} 与速度散度 ∇·υ 的函数。作为一个应用，我们考虑了缓慢稳态无磁平面 J 激波后的冷却层。我们表明，若激波后冷却由 CO 及其同位素体主导，则激波后冷却层厚度非常小且近似独立于激波前速度 υ_o 或激波前等温声速 a_o。