分子云生命周期 I：利用观测约束 H₂ 形成与解离速率
摘要
分子云（MCs）是星系中新恒星的诞生地。MCs 的关键组成部分是光离解区（PDRs），其中远紫外辐射在决定气体的物理和化学状态中起着至关重要的作用。传统 PDR 模型假设化学稳态（CSS），此时 H₂ 形成速率和光解离速率达到平衡。然而，真实 MCs 是动态的，可能偏离 CSS。在本研究中，我们证明结合远紫外或红外波段观测到的 H₂ 发射线与柱密度观测，可以用于推导 H₂ 形成和光解离速率。我们推导了将这些速率与可观测量联系起来的解析公式，并利用来自 SILCC-Zoom 流体动力学模拟的合成 H₂ 发射线图进行了验证。我们的方法在约 30% 的精度下估计积分 H₂ 形成和解离速率（这还不包括观测 H₂ 发射图和柱密度中的不确定性）。我们的模拟适用于柱密度 N ≤ 2×10²² cm⁻²，覆盖了 H₂ 形成和光解离速率的广泛动态范围，显示出偏离 CSS 的显著差异，MCs 质量的 74% 偏离 CSS 的倍数大于 2。我们的解析公式可以有效区分 CSS 内和 CSS 外的区域。当应用于实际的 H₂ 发射线观测时，我们的方法可以评估 MCs 的化学状态，为其演化阶段和寿命提供见解。一项 NASA 小型探索者任务概念 Eos 将于 2025 年提出，专门设计用于执行本研究所概述的观测类型。
引用
@article{arxiv.2408.06416,
title = {The Molecular Cloud Lifecycle I: Constraining H2 formation and dissociation rates with observations},
author = {Shmuel Bialy and Blakesley Burkhart and Daniel Seifried and Amiel Sternberg and Benjamin Godard and Mark R. Krumholz and Stefanie Walch and Erika Hamden and Thomas J. Haworth and Neal J. Turner and Min-Young Lee and Shuo Kong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.06416},
year = {2025}
}
备注
Accepted for publication in ApJ. **Comments Welcome!** This paper is the first ("Paper-I") in 2-paper series. Paper II, entitled "The Molecular Cloud Lifecycle II: Formation and Destruction of Molecular Clouds Diagnosed via H 2 Fluorescent Emission Emission" may be found here: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024ApJ...975..269B/abstract