HD 远红外发射作为原行星盘质量的度量

年轻恒星周围的原行星盘是行星形成的场所。虽然尘埃质量可以用标准方法估算，但确定气体质量——从而确定可用于形成巨行星的物质总量——已被证明非常困难。氢化氘（HD）是常用气体质量示踪物 CO 的一种有前景的替代方案。我们旨在检验 HD 作为盘气体质量示踪物的稳健性，特别是气体质量对 HD 远红外发射的影响及其对垂直结构的敏感性。我们在热化学代码 DALI 中实现了与 HD 相关的氘化学反应，并针对一系列盘质量和垂直结构运行了模型。HD J=1-0 谱线强度通过斜率为 ~0.8 的次线性幂律关系直接依赖于气体质量。假设对盘的垂直结构没有任何先验知识，仅使用 HD 1-0 流量，对于低质量盘（M$_{\rm disk} < 10^{-3}$ M$_\odot$），气体质量可以估算到 2 倍因子以内。对于更大质量的盘，这一不确定性增加到超过一个数量级。加入 HD 2-1 谱线或关于垂直结构的独立信息，可以将所有盘质量的不确定性降低到约 3 倍因子。对于 TW Hya，利用 Kama 等人 2016b 的径向和垂直结构，观测将气体质量限制在 $6\cdot10^{-3}$ M$_\odot$ < M$_{\rm disk} < 9\cdot10^{-3}$ M$_\odot$。未来的观测需要 $1.8\cdot10^{-20}$ W m$^{-2}$（$2.5\cdot10^{-20}$ W m$^{-2}$）的 5$\sigma$ 灵敏度和 R > 300（1000）的光谱分辨本领，才能对所有质量大于 $10^{-5}$ M$_\odot$ 且谱线连续谱比 > 0.01 的盘探测到 HD 1-0（HD 2-1）。这些结果表明，HD 可以作为一个具有相对较低不确定性的独立气体质量示踪物，并应被视为未来远红外任务的一个重要科学目标。