利用空间解析的 3 mm 线观测估算分子云中致密气体质量
星系天体物理
2025-11-19 v2 天体物理仪器与方法
摘要
我们旨在开发一种新方法，通过 3 mm 波段的空间解析的分子发射线观测，推断 H2 柱密度的亚束概率密度函数(PDF)以及分子云中致密气体质量。我们将空间解析的线积分强度测量建模为由亚束柱密度 PDF 加权的发射函数平均值。发射函数表达了线积分强度随气体柱密度的函数，是对 Orion B 分子云高分辨率(小于 0.05 pc) 多线观测的经验拟合。假设柱密度 PDF 为参数形式，由中等柱密度处的对数正态分布和较高柱密度处的幂律分布组成。为估计亚束柱密度 PDF，发射模型与贝叶斯反演算法(Beetroots 代码)结合，考虑热噪声和校准误差。我们通过演示该方法能恢复 Orion B 云的真实柱密度 PDF，复现观测到的线积分强度来验证方法。我们将该方法应用于 12CO(J=1-0)、13CO(J=1-0)、C18O(J=1-0)、HCN(J=1-0)、HCO+(J=1-0) 和 N2H+(J=1-0) 的观测数据，这些观测覆盖银河系 M51 附近星系的一个 700×700 pc² 视场(FOV)。在平均情况下，该模型在 30% 的误差范围内复现观测到的强度。我们获得的对螺旋臂区域内的柱密度 PDF 以幂律尾为主，斜率与引力坍缩一致。在螺旋臂之外，柱密度 PDF 主要为对数正态分布，符合亚声速等温湍流特征。我们计算幂律尾相关联的质量，发现该质量与 24μm 表面亮度之间存在强线性相关性。
引用
@article{arxiv.2504.10145,
title = {Estimating the dense gas mass of molecular clouds using spatially unresolved 3 mm line observations},
author = {Antoine Zakardjian and Annie Hughes and Jérôme Pety and Maryvonne Gerin and Pierre Palud and Ivana Beslic and Simon Coudé and Lucas Einig and Helena Mazurek and Jan H. Orkisz and Miriam G. Santa-Maria and Léontine Ségal and Sophia K. Stuber and Sébastien Bardeau and Emeric Bron and Pierre Chainais and Karine Demyk and Victor de Souza Magalhaes and Javier R. Goicoechea and Pierre Gratier and Viviana V. Guzman and David Languignon and François Levrier and Franck Le Petit and Dariusz C. Lis and Harvey S. Liszt and Nicolas Peretto and Antoine Roueff and Evelyne Roueff and Albrecht Sievers and Pierre-Antoine Thouvenin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.10145},
year = {2025}
}
备注
20 pages, 17 figures, accepted for publication in A&A