晶粒尺寸分布与尺寸依赖的晶粒加热对无星与预恒星核中分子丰度的影响

我们提出一个新的气-粒化学模型，以约束晶粒尺寸分布对无星与预恒星核中分子丰度的影响。我们同时引入晶粒尺寸对宇宙射线（CR）诱导解吸效率和晶粒平衡温度的依赖。我们显式追踪一组晶粒族上的冰丰度。我们发现尺寸依赖的 CR 解吸效率以高度非平凡的方式影响冰丰度，且依赖于分子种类。源于气相的物种遵循简单模式：冰丰度在最小晶粒（分布中最丰富的）上最高。某些分子（如 HCN）在整个时间演化中反而集中在大型晶粒上，而另一些（如 $\rm N_2$）初始集中在大型晶粒，但在晚期集中于小型晶粒，这是由于解吸与氢化之间尺寸依赖的竞争。大部分水冰在高中性介质密度（$n({\rm H_2}) \gtrsim 10^6 \, \rm cm^{-3}$）时位于小型晶粒上，此时相对于总水冰储库的水冰比例在大型（> 0.1 $\mu$m）晶粒上可低至 $\sim 10^{-3}$。允许晶粒平衡温度随晶粒尺寸变化会在低密度条件下引发相对冰丰度的强烈变化，此时星际辐射场特别是其紫外成分未被衰减。我们的研究不仅对无星核阶段之前的冰初始形成有影响，也对进入原恒星阶段的晶粒族上的相对冰丰度有影响。特别是，若最小晶粒能在核坍缩时因粒-粒碰撞失去其幔层，则原恒星阶段初期的冰组成可能与坍缩前阶段非常不同。