弥漫星际介质中的非平衡化学与冷却——II. 屏蔽气体

我们将 Richings 等人 (2014) 提出的弥漫星际气体化学和热演化的非平衡模型进行了扩展，以考虑来自紫外辐射场的屏蔽效应。我们通过尘埃和气体衰减光化学反应速率，并在适当情况下包括 HI、H2、HeI、HeII 和 CO 的吸收。随后，我们利用该模型研究了星际气体在受到紫外辐射屏蔽时的主导冷却和加热过程。我们考虑了一维平面平行气体板，其受到星际辐射场的照射，处于恒定密度和温度条件下，或处于热和压力平衡状态。主导热过程倾向于在云中形成三个不同的区域。在低柱密度下，冷却主要由电离金属（如 SiII、FeII、FeIII 和 CII）主导，并与主要来自 HI 的光加热相平衡。一旦氢电离辐射被中性氢衰减，光电子尘埃加热将占主导地位，而 CII 成为主导冷却剂。最后，尘埃屏蔽触发了 CO 的形成并抑制了光电子加热。在这个完全屏蔽的区域中，主导冷却剂是 H2 和 CO。我们的模型预测的 HI-H2 转变柱密度在较高密度下（或对于处于压力平衡的气体云在较高压力下）以及较高金属丰度下较低，这与之前的 PDR 模型一致。我们还将模型中的 HI-H2 转变与流体动力学模拟中实施的两种分子氢形成方案进行了比较。