尘环境中的水面母

我们详细研究了 $\lambda=1.35$ cm 面母跃迁 $6_{16} \rightarrow 5_{23}$ 在正义水中的泵浦机制，基于气体温度与尘埃温度之间的差异。上层面母能级通过 $4_{14} \rightarrow 5_{05}$ 和 $5_{05} \rightarrow 6_{16}$ 跃迁辐射填充。热 sink 通过吸收45 $\mu$m 光子(对应 $5_{23} \rightarrow 4_{14}$ 跃迁)由冷尘实现。我们将面母能级人口反演计算为氢浓度、气体-尘质量比以及气体温度与尘温差异的函数。数值模拟的主要结果可解释为简化的四能级模型。我们表明，面母强度主要取决于氢浓度与尘-水质量比的乘积，而与尘粒径分布或类型无关。我们还提出了可精确描述反演关系的近似公式，可用于快速计算面母 luminosities。根据气体温度，在水浓度 $N_{\rm water} \sim 10^6$-$10^7$ cm$^{-3}$ 乘以尘-氢质量比时，面母 luminosity 达到最大值；当密度仅大一个数量级更大时，反演完全消失。对于尘温为130 K时， $6_{16} \rightarrow 5_{23}$ 跃迁在温度差 $\Delta T \sim1$ K 时即可出现反转，而其他可能的面母跃迁需要更大的 $\Delta T >30$ K。我们标识了其他正义和反义水面母跃迁可能出现的参数组空间区域。