冷密云中的水化学与辐射转移

赫歇尔空间天文台 (Herschel Space Observatory) 最近在冷密云 L1544 中探测到水蒸气，这使得人们能够直接在恒星形成前的条件下，将观测结果与氧物种的化学模型进行比较。我们解释了一个气相水的化学模型，该模型针对极冷 ($<$ 15 K) 条件下活跃的有限数量反应或过程进行了简化。在该模型中，水通过冻结到尘埃颗粒上和光致解离从气相中移除；水作为冰在尘埃颗粒表面由 O 和 OH 形成，并通过光致脱附释放到气相中。相对于 L1544 缓慢的动力学演化，这些反应足够快，使得整个云中局部条件下的气相水处于平衡状态。我们解释了 H$_2$O ($1_{10}-1_{01}$) 谱线看似矛盾的辐射转移现象。尽管较大的爱因斯坦 A 系数导致了令人沮丧的高光学深度，但在寒冷稀薄的 H$_2$ 中的亚临界激发使得谱线亮度与柱密度呈线性比例关系。因此，水谱线可以提供有关冷密云中心最黑暗区域化学和动力学过程的信息。观测到的水谱线的逆 P-Cygni 轮廓通常表明云层正在收缩。这一轮廓通过一个从不稳定准静态流体动力学平衡（不稳定的 Bonnor-Ebert 球）缓慢收缩的动力学模型得到了重现。