宇宙射线诱导的星际甲烷冰的喷射作用

H2CO 是星际介质 (ISM) 中常见的分子，在 prestellar cores 的气相中也广泛存在，可能存在于冰 mantle 中，但其主要脱附机制尚不明确。本文旨在量化 H2CO 受 cosmic-ray 影响时的脱附效率，以确定宇宙射线驱动的喷射作用是否能解释 prestellar core L1689B 中观察到的 H2CO 气相丰度。我们使用来自 GANIL 加速器的重离子束作为 cosmic-ray 类比，在 10 K 的高真空条件下照射纯 H2CO 冰薄膜，并通过红外光谱监测冰薄膜的演变，并通过质谱仪测量气相中喷射物种的组成。我们推导出纯 H2CO 冰的有效喷射产率和完整喷射产率。我们发现 H2CO 在重离子照射下易于在冰中聚合，也被辐解为 CO 和 CO2。在气相中，主要喷射物种为 CO，完整的 H2CO 仅为次要物种。我们确定了纯 H2CO 冰的完整喷射产率为 $2.5\times 10^3$ 分子/离子，对应电子停止能 $S_e\sim2830$ eV ($10^{15}$ 分子 cm$^{-2}$)$^{-1}$。相应的 cosmic-ray 喷射速率为 $\Gamma_\mathrm{CRD}=1.5\times 10^{18}\zeta$ 分子 cm$^{-2}$ s$^{-1}$，其中 $\zeta$ 为分子氢在 ISM 中的 cosmic-ray 离子化速率。在简单稳态化学模型（冻结和非热脱附）的框架下，我们发现该实验得到的 cosmic-ray 喷射速率低了一个数量级，无法解释我们在 L1689B prestellar core 中推导出的观察 H2CO 气相丰度。然而，我们发现，如果假设 H2CO 在 CO 或 CO2 冰中的浓度较低，同时以与纯 CO 或纯 CO2 冰相同的喷射速率脱附，那么可以再现该观察到的 H2CO 气相丰度。