通过合成观测检验推导冷区域宇宙射线电离率的分析方法

宇宙射线(CR)对冷致密恒星形成区域的化学和物理过程有重大影响。然而，从观测角度表征其电离率仍然具有挑战性。过去，一些分析公式被提出用于从分子线观测推断宇宙射线电离率$\zeta_2$。这些公式源自所涉及物种的化学动力学，但尚未使用经过标准观测流程处理的合成数据进行验证。我们旨在弥合这一差距。我们对一组前恒星核的三维磁流体动力学模拟进行了辐射传输计算，探索了不同的初始$\zeta_2$、演化阶段、辐射传输类型(例如假设局部热力学平衡条件)以及望远镜响应。然后，我们计算所涉及示踪物的柱密度以确定$\zeta_2$，特别使用了Bovino等人(2020)和Caselli等人(1998)提出的公式，这两个公式至今仍在使用。我们的结果证实，在我们测试的物理条件下，Bovino等人(2020)的方法能在2-3倍因子内准确恢复实际的$\zeta_2$。由于我们还探索了非局部热力学平衡辐射传输，这项工作间接提供了关于中等体积密度($n\approx 10^5 \, \rm cm^{-3}$)下常见跃迁激发温度的认识。我们还使用Caselli等人(1998)提出的公式进行了一些测试，该公式将实际的$\zeta_2$高估了至少两个数量级。我们还考虑了该方法的一个新推导，但该推导仍然导致较大的高估。