由H₂转振谱线探测分子云中的宇宙线——詹姆斯·韦伯空间望远镜的展望
星系天体物理
2022-03-14 v1 高能天体物理现象
摘要
亚TeV能段的宇宙线（CRs）在分子云的化学与动力学演化中起着根本作用，因为它们控制着H₂的电离、解离和激发。其特征刻画对观测解释和理论模型发展均十分重要。迄今用于估算分子云中CR电离率（ζ）的方法由于所采用化学网络的不确定性而存在若干局限。我们改进并扩展了Bialy（2020）提出的方法，通过观测近红外波段的H₂转振跃迁来估算ζ，这些跃迁主要由CR次级电子激发。结合星际CR传播与衰减模型、预期次级电子能谱计算以及更新的电子碰撞H₂激发截面，我们推导了在致密冷气体中可观测的四条H₂转振跃迁强度：(1-0)O(2)、(1-0)Q(2)、(1-0)S(0)和(1-0)O(4)。所提方法允许在给定观测谱线强度和H₂柱密度下估算ζ。我们还能推断撞击分子云的的低能CR质子能谱形状。我们给出了一张查找图和一个基于网络的应用，可用于约束星际CR质子能谱的低能谱指数。我们评论了詹姆斯·韦伯空间望远镜探测这些近红外H₂谱线的能力，使得首次推导致密气体中ζ的空间变化成为可能。除对分子云化学-动力学演化解释的意义外，还将能够检验星际介质中相互竞争的CR传播与衰减模型，并比较不同银河系区域的CR能谱。
引用
@article{arxiv.2201.08457,
title = {Cosmic rays in molecular clouds probed by H$_{2}$ rovibrational lines -- Perspectives for the James Webb Space Telescope},
author = {Marco Padovani and Shmuel Bialy and Daniele Galli and Alexei V. Ivlev and Tommaso Grassi and Liam H. Scarlett and Una S. Rehill and Mark C. Zammit and Dmitry V. Fursa and Igor Bray},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.08457},
year = {2022}
}
备注
14 pages, 11 figures, accepted by A&A