宇宙射线加热的星际尘埃颗粒温度谱 I：半透明云

宇宙射线 (CR) 粒子对整个星际尘埃颗粒的加热通过促进分子脱附、扩散及颗粒表面的化学反应，影响了分子云中的气 - 粒化学。此类加热的频率 $f_T$ (s$^{-1}$) 决定了被 CR 粒子击中的颗粒达到特定温度 $T_{\rm CR}$ (K) 的频繁程度。本研究旨在为天体化学家提供关于 CR 诱导的整粒加热的全面且更新的数据集。我们展示了半径 $a$ 为 0.05、0.1 和 0.2 $\mu$m 的裸露橄榄石颗粒，以及覆盖有厚度为 0.1$a$ 和 0.3$a$ 冰幔的此类颗粒的 $f_T$ 和 $T_{\rm CR}$ 谱计算结果。研究考虑了颗粒形状和结构效应，以及 30 种 CR 元素成分，并采用了与 $A_V=2$ mag 的半透明云相对应的更新能谱。利用 SRIM 程序计算了 CR 在颗粒材料中的能量沉积。我们报告了所有九种颗粒类型的完整 $T_{\rm CR}$ 谱，并考虑了 10 K 和 20 K 的初始颗粒温度。我们还提供了一系列最小 $T_{\rm CR}$ 值的频率。计算所得数据集可简单灵活地应用于天体化学模型中。结果表明，在半透明云的情况下，目前天体化学数值模拟中采用的将整粒加热至超过 70 K 的速率被低估了约两个数量级。此外，颗粒被 CR 加热至适中温度 (20--30 K) 的间隔为几年，这降低了冰化学爆炸的可能性。