宇宙线诱导的恒星形成星系中 CO 的破坏

我们探讨了预期的较高宇宙线（CR）电离率 ζ_CR 对恒星形成星系的 H₂ 云中一氧化碳（CO）、原子碳（C）和电离碳（C⁺）丰度的影响。通过以下方面扩展了 Bisbas 等人（2015）的研究：a）使用真实的非均匀巨分子云（GMC）结构，b）对 CR 诱导的 CO 破坏进行详细的化学分析，以及 c）探索受 CR 辐照的分子气体的热状态。研究发现，渗透星际介质且 ζ_CR ≳ 10×（银河系值）的 CR 会显著降低整个 GMC 质量范围内的 [CO]/[H₂] 丰度比。CO 转动谱线成像将显示出比实际结构更为团块化的结构。对于 ζ_CR ≳ 100×（银河系值），这种偏差变得严重，限制了 CO 谱线在恢复整个宇宙中富含 H₂ 的星系（包括许多宇宙恒星形成主要发生的所谓主序（MS）星系）的结构和动力学特征方面的效用。C⁺ 和 C 的丰度均随 ζ_CR 升高而增加，当 ζ_CR ∼ (1-100)×（银河系值）时，C 在整个 H₂ 云中仍然是两者中更丰富的。当 ζ_CR ≳ 10³×（银河系值）时，C⁺ 开始占主导地位。对于 ζ_CR ∼ (1-10)×（银河系值），GMC 内部和致密区域的气体热状态保持不变，T_gas ∼ 10 K。对于 ζ_CR ∼ 10³×（银河系值），情况不再如此，T_gas 达到 ∼ 30-50 K。最后，我们确定 OH 是对 T_gas 敏感的、其丰度可能减轻高温下 CO 破坏的关键物种。