利用CO同位素谱线观测确定原行星盘气体质量

尽管对原行星盘进行了深入研究，目前仍无可靠方法确定其总质量和面密度分布，而这些量对于描述盘的结构及其直至行星形成的演化过程至关重要。本工作的目标是利用丰度较低的CO同位素分子（ALMA对其探测已属常规操作）来推断盘的气体质量。分析中需考虑同位素选择性效应，因为它们会显著改变CO同位素分子的谱线强度。已在物理化学代码DALI中实现了CO同位素选择性光解离，并针对一系列盘和恒星参数运行了800个盘模型。尘埃和气体的温度结构已与主要物种的化学计算自洽地算出。盘结构和恒星参数均已被研究。对不同CO同位素分子、不同跃迁及不同倾角的总流量进行了光线追踪。结合^{13}CO和C^{18}O的总强度可以推断盘的总质量，尽管存在不可忽略的不确定性。这些不确定性可通过采用空间分辨观测（即盘的径向范围和倾角）来克服。与参数化模型的比较显示出数倍量级的差异，尤其是在盘质量极低和极高的情况下。最后，提供了不同CO同位素分子及各种低J跃迁的总谱线强度，并将其拟合为简单公式。还研究了较低气相碳丰度和不同气体/尘埃比的影响，并与其他示踪物进行了比较。通过将CO同位素谱线观测与模拟谱线流量进行比较，可以在数倍的不确定度内确定盘质量，前提是考虑挥发性元素丰度的不确定性。