利用物理参数概率分布模拟分子云的原子与分子含量

对星系中星际介质(ISM)的现代观测探测到多种原子与分子物种。目标是将这些观测与 ISM 的天体化学性质联系起来。三维流体-化学模拟尝试实现这一点,但由于极高的计算成本,它们不得不依赖简化的化学网络,且局限于个别案例研究。我们提出了一种替代方法,通过一组预先计算的一维热-化学光解离区(PDR)计算来在更大尺度上模拟 ISM,这些计算确定了原子与分子物种的丰度和激发。我们采用柱密度的对数正态分布(\avpdf s),其中每个柱密度通过流体动力学模拟导出的体密度相关联。我们考虑两种对数正态 {\avpdf}:平均视觉消光为 $\overline{{\rm A}_V}=0.75\,{\rm mag}$、弥散为 $\sigma=0.5$ 的弥漫低密度介质,以及 $\overline{{\rm A}_V}=4\,{\rm mag}$、$\sigma=0.8$ 的较致密巨分子云。我们将紫外辐射场、宇宙线电离率和金属丰度作为自由参数。我们发现低密度介质在所有探索条件下始终保持完全由 HI 和 CII 主导。较致密云几乎总是分子态(即 H$_2$ 主导),而其碳相(CO、CI 和 CII)对上述自由参数敏感,这意味着现有的示踪 H$_2$ 富气的方法可能需要根据环境进行调整。我们的数值框架可用于估计大尺度 ISM 区域的 PDR 性质,并量化随不同环境参数的趋势,因为它快速、覆盖宽广参数空间且便于扩展。