论分子云中 HI 观测的准确性——冷 HI 比设想的更多？

我们展示了一项在 SILCC-Zoom 项目中模拟的分子云冷原子氢（HI）含量的研究。我们制作了 21 cm 处包含 HI 自吸收（HISA）和观测效应的 HI 合成观测。我们发现，在温度低至约 10 K 的分子云中，频繁达到 $\gtrsim$10$^{22}$ cm$^{-2}$ 的 HI 柱密度 $N_\textrm{HI}$。因此，假设固定 HI 温度的 HISA 观测倾向于将分子云中冷 HI 的量低估 3 至 10 倍，并产生约 10$^{21}$ cm$^{-2}$ 处 $N_\textrm{HI}$ 的人为上限。因此我们主张，云中冷 HI 质量可能比先前估计的高几倍。从 HISA 观测获得的 $N_\textrm{HI}$ 概率密度函数也可能受到观测偏差影响，应谨慎对待。HISA 观测中冷 HI 的低估既源于巨大的 HI 温度变化，也源于高光学深度区域中噪声的效应。我们发现冷 HI 的光学深度约为 1 至 10，使得光学深度修正必不可少。我们表明，高 HI 柱密度（$\gtrsim$10$^{22}$ cm$^{-2}$）部分可归因于视线方向上多达 10 个独立的 HI-H$_2$ 跃迁的出现。这也反映在光谱中，需要高斯分解算法来分析它们。然而，即使对于单个 HI-H$_2$ 跃迁，$N_\textrm{HI}$ 也频繁超过 10$^{21}$ cm$^{-2}$，这对一维半解析模型提出了挑战。这是由于非平衡化学效应以及 HI-H$_2$ 跃迁区通常不具有一维几何结构的事实。最后，我们表明 HI 气体为中等超音速，马赫数为几。相应的非热速度弥散可通过 HISA 观测在约 2 倍的因子内确定。