弥散介质中湍流的化学探针：TDR 模型

背景：现已在数百条视线方向上探测到数十种轻质氢化物和小分子，这些视线采样了太阳邻域和银河系内盘中的弥散星际介质 (ISM)。它们提供了关于弥散气体中化学初始步骤的前所未有的统计数据。目的：这些新数据证实了由紫外光子和宇宙射线 (CR) 驱动的传统化学路径的局限性，以及需要额外的能源（如湍流耗散）来开启高吸能形成路径。本文的目标是进一步研究特定物种与湍流级联性质（特别是其时空间歇性）之间的联系。方法：我们在更新的湍流耗散区 (TDR) 模型框架下分析了十种不同的原子和分子物种。我们研究了特定于化学的参数（密度、紫外场和 CR 电离率）以及与湍流相关的参数（平均湍流耗散率、耗散时标以及耗散区中的离子 - 中性粒子速度漂移）对这些物种丰度的影响。结果：湍流耗散最敏感的示踪物是 CH+ 和 SH+ 的丰度，以及 H2 的 J = 3, 4, 5 转动能级的柱密度。CO、HCO+ 的丰度以及 158 $\mu$m [CII] 发射线的强度因湍流耗散而显著增强。化学路径的巨大多样性允许独立确定此前从未估算过的自由参数：根据 CH+ 丰度得出的平均湍流耗散率上限，对于 $n_H$=20 cm$^{-3}$，$\overline{\varepsilon}$ < 10$^{-23}$ erg cm$^{-3}$ s$^{-1}$；根据 SH+ 与 CH+ 丰度比得出的离子 - 中性粒子速度漂移上限，$u_{in}$ < 3.5 km s$^{-1}$；以及根据 CO 与 HCO+ 丰度比得出的耗散时标范围，100 < $\tau_V$ < 1000 yr。我们首次重现了在弥散视线方向上观测到的大量 CO 丰度，并表明即使在紫外屏蔽低至 $5 \times 10^{-3}$ mag 的区域，CO 也可能很丰富。最佳参数范围还重现了 OH、C2H 和 H2O 与 HCO+ 的丰度比，并与银河系弥散 ISM 中已知的湍流级联性质一致。结论：我们的结果揭示了湍流耗散与弥散 ISM 中分子丰富度出现之间意想不到的联系。某些物种，如 CH+ 或 SH+，被证明是 ISM 中能量轨迹的独特示踪物。尽管存在一些简并性，但通过特定的分子丰度可以捕捉到直至耗散的湍流级联性质。