质子化氢氰酸作为原始分子气体的示踪剂

质子化氢氰酸 HCNH$^{+}$ 在天体化学中起着基础作用，因为它是冷分子云内气相离子-中性反应的中间体。然而，环境对 HCNH$^{+}$ 化学的影响仍知之甚少。借助 IRAM-30 m 和 APEX-12 m 观测，我们报道了 Serpens 细丝和 Serpens South 中 HCNH$^{+}$ 的首次稳健分布。我们的数据表明，HCNH$^{+}$ 在寒冷和宁静的区域中丰富，但在活跃恒星形成区中匮乏。观测到的相对于 H$_{2}$ 的 HCNH$^{+}$ 丰度分数从原恒星核中的 $3.1\times 10^{-11}$ 到前恒星核中的 $5.9\times 10^{-10}$ 不等，且 HCNH$^{+}$ 丰度通常随 H$_{2}$ 柱密度增加而降低，这表明 HCNH$^{+}$ 与云核共同演化。我们的观测和建模结果表明，冷分子云中 HCNH$^{+}$ 的丰度强烈依赖于 H$_{2}$ 数密度。HCNH$^{+}$ 丰度的降低是由于其主要前体（例如 HCN 和 HNC）随着 H$_{2}$ 数密度增加而经历冻结。然而，当前的化学模型无法解释其他观测趋势，例如 HCNH$^{+}$ 丰度与 HCN 和 HNC 丰度呈反相关，但在 Serpens South 北部团块南部与 N$_{2}$H$^{+}$ 丰度呈正相关。这表明，在 HCN 和 HNC 冻结的区域，必须引入额外的化学路径，通过像 N$_{2}$ 这样的分子形成 HCNH$^{+}$。HCNH$^{+}$ 在引力坍缩前的分子核中最丰富，以及低-$J$ HCNH$^{+}$ 跃迁具有非常低的 H$_{2}$ 临界密度，这两个事实使该分子离子成为原始分子气体的极佳探针。