TW Hya 罗塞塔石碑计划 II：甲醛的空间分辨发射暗示低温气相形成

甲醛（H$_2$CO）是甲醇（CH$_3$OH）等有机分子的重要前体。理解在恒星与行星形成过程中产生 H$_2$CO 和前生物分子的条件十分重要。H$_2$CO 同时具有气相和固态形成途径，涉及由 UV 产生的自由基前体，或 CO 冰与冷（$\lesssim 20$ K）尘埃颗粒。为理解何种途径占主导，气态 H$_2$CO 的正仲比（OPR）被用作探针：值为 3 表示“温暖”条件，而 $<3$ 则与固态中的冷形成相关。我们呈现了 TW Hya 原行星盘中多个正、仲-H$_2$CO 跃迁的空间分辨 ALMA 观测，以检验行星形成过程中的 H$_2$CO 形成理论。我们发现，盘平均的旋转温度与柱密度分别为：正-H$_2$CO 为 $33\pm2$ K、$(1.1\pm0.1)\times10^{12}$ cm$^{-2}$，仲-H$_2$CO 为 $25\pm2$ K、$(4.4\pm0.3)\times10^{11}$ cm$^{-2}$，OPR 为 $2.49\pm0.23$。径向分辨分析表明，观测到的 H$_2$CO 主要在 30–40 K 的旋转温度发射，对应于 $z/R\ge0.25$ 的层。OPR 在 60 au（卵石盘的范围）内与 3 一致，并在 60 au 之外降至 $2.0\pm0.5$。后者对应于 12 K 的自旋温度，远低于旋转温度。相对均匀的发射条件、OPR 中的径向梯度，以及近期关于升华后 OPR 比值的实验室实验与理论，使我们推测气相形成是 TW Hya 盘中观测到 H$_2$CO 的原因。