CO₂及其他星际冰的形成研究

我们研究了暗云条件下星际尘埃颗粒冰的形成与演化，特别关注CO₂。我们采用三相模型（气体/表面/幔层）来模拟耦合的气体-颗粒化学过程，从而能够区分化学活性表面与保存在下方幔层中的冰层。该模型包含了对势垒介导的表面反应与热跳跃过程之间竞争的处理。结果与星际介质中观测到的CO₂、CO和水冰的行为表现出极好的一致性。研究发现，OH自由基与CO的反应效率足以解释暗云中CO₂冰的产生。在低目视消光条件下，尘埃温度约为12 K时，CO₂通过CO与OH的直接扩散和反应形成；我们将由此产生的富含CO₂的冰与观测到的极性CO₂特征联系起来。CH₄冰与该成分具有良好的相关性。在较高消光条件下，尘埃温度更低，CO相对不移动因而丰度较高；然而，H和O在CO分子上的反应使得OH和CO能够足够快地相遇，从而产生范围约为2-4的CO:CO₂比率，我们将其与非极性特征联系起来。我们认为，在暗云中观测到的非极性CO₂/CO冰特征源于强烈分层的CO:H₂O冰，其中CO₂几乎完全存在于CO成分内。观测到的CO₂、CO和H₂O的目视消光阈值被深度相关模型很好地再现。研究发现，甲醇的形成对动力学时标和尘埃温度高度敏感。