弥漫云中氧化学示踪物的远红外研究

背景。弥漫星际介质的化学建立在三大支柱上:放热的离子-中性反应(“冷化学”)、具有显著活化能障的吸热中性-中性反应(“暖化学”)以及尘埃颗粒表面的反应。虽然暖化学在与湍流耗散区相关的激波中变得重要,但星际OH和H2O形成的主要路径是冷化学。目的。本研究的目的是从观测上确认原子氧与原子和分子气体相的关联,并理解测得的OH和OH+丰度作为可用H2储量的函数。方法。我们利用搭载于SOFIA的GREAT和APEX上的THz接收机,以高速度分辨率获得了OH、OH+和OI基态的吸收谱。我们将它们与来自HIFI的HF和CH辅助谱一起分析。为了从超精细结构中反卷积并分离视线上不同速度分量造成的混合,我们使用结合模拟退火与下山单纯形最小化的方法拟合由适当数量高斯轮廓组成的模型谱。结合作为H2替代示踪的HF和/或CH,以及HI $\lambda$21 cm数据,可以确定分子氢分数 f^N_H2 = N(H 2)/(N(H) + 2N(H 2))。然后我们研究了丰度比作为 f^N_H2 的函数。结果。OI的柱密度与可用分子和原子氢的量高度显著相关,原子氧丰度相对于H核为 $3 \times 10 ^{-4}$。虽然OH和OH+吸收特征的速度松散相关并反映了视线上的旋臂交叉,但仔细审视显示它们呈反对应。发现OH中的臂间密度对比高于OH+。虽然两种物种可以共存,且OH丰度高于OH+,但后者在缺乏OH时出现的频率比反之更低,这当没有足够H2时OH+通过解离复合快速破坏的直接后果。这一猜想通过比较OH/OH+比与 f^N_H2 得到证实,显示出明显相关性。氢抽象反应链 OH+ (H2,H) H2O+ (H2,H)H3O+ 被确认为OH和H2O的产生路径。我们对H3O+解离复合生成OH和H2O的分支比的估计限制在84%至91%区间内,与实验室测量(74%至83%)相符。——发现OH+特征线宽与柱密度之间的相关性显著,误报概率低于5%。这种相关性由星际MHD湍流模型预测。对于OH,相同相关性不显著,因为存在更多窄吸收特征。结论。虽然很难评估暖中性-中性化学对观测丰度的贡献,但似乎可以公平地得出结论:冷离子-中性化学的预测与我们观测到的丰度模式相匹配。