高红移低金属丰度尘埃气体云中HD与H₂的形成
宇宙学与河外天体物理
2009-11-13 v2
摘要
背景：HD和H₂分子在高红移原初及极低金属丰度气体的冷却中起重要作用。目的：研究颗粒表面和气相中HD与H₂的形成，以评估微量尘埃（10⁻⁵-10⁻³太阳金属丰度）对HD和H₂产生的重要性。方法：我们考虑了碳质和硅酸盐颗粒，并包含了物理吸附、化学吸附、隧穿效应以及真实的颗粒表面势垒。研究发现，在耦合化学与热平衡的坍缩气体云环境中，低至10⁻⁵太阳金属丰度的尘埃丰度即可通过表面反应显著提升H₂形成速率。由于H₂的增强，HD通过气相反应D⁺ + H₂更有效地形成。当尘埃温度低于150 K时，尘埃颗粒上HD的直接形成无法与这一气相过程竞争。我们还推导了最新的H₂和HD颗粒表面形成的解析拟合公式，其中包含了H和D的不同结合能。结果：在极低金属丰度环境中，颗粒表面反应对H₂和HD的丰度至关重要。当金属丰度高于10⁻⁵太阳丰度时，颗粒表面路径主导H₂的形成，进而驱动气相中HD的形成。当尘埃温度高于150 K时，实验室实验和理论模型表明，H₂在颗粒上的形成受到抑制，而HD在颗粒上的形成则不受影响。
引用
@article{arxiv.0901.0514,
title = {HD and H2 formation in low-metallicity dusty gas clouds at high redshift},
author = {S. Cazaux and M. Spaans},
journal= {arXiv preprint arXiv:0901.0514},
year = {2009}
}
备注
typos corrected, accepted for publication in Astronomy and Astrophysics