天马65米射电望远镜帮助揭开猎户座克莱曼-低星云的奥秘

背景是 JWST 获得的猎户座 A 的近红外图像(来源:NASA/ESA/CSA),猎户座 KL 位于中央最亮的恒星旁边。 左下角为 TMRT 的图片。 学分:罗秋义

近日,中科院上海天文台(SHAO)研究团队利用天马65米射电望远镜(TMRT)完成了对猎户克莱曼-低星云(Orion KL)的Q波段深线扫描调查。 ,实现了迄今为止最宽的频率覆盖范围(35-50 GHz)和最高的灵敏度(~mK)光谱。

共检测到约600条发射谱线,包括177条射电复合谱线(RRL)和来自53个分子物种的371个分子谱线跃迁,其中21个物种在Q波段首次被牢固检测到。 这项调查突出了 TMRT 在超大宽带光谱中搜索弱线的能力。

该研究发表在《天体物理学杂志增刊》系列中。

星际复杂有机分子在生命起源中发挥着重要作用。 对典型的恒星形成区域进行宽带线扫描调查是了解其物理和化学性质以及研究复杂有机分子特别是益生元分子起源的最佳方法之一。

Orion KL 是距离地球最近的大质量恒星形成区,距离约为 1,300 光年。 它是一种与扩展的 HII 区域 (M42) 相互作用的分子复合物,它由多种温度不同的气体成分组成,包括冷环境气体成分 (500 K)。

这些气体成分具有不同的化学性质,并在很宽的波长范围内贡献了许多发射线,其中许多是天空中最亮的。 因此,Orion KL 非常适合宽带线扫描测量。 然而,以前对 Orion KL 的线调查大多是在短毫米、亚毫米或远红外波段进行的。 Q 频段(35-50 GHz)等低频段的线路测量非常罕见。

事实上,Q波段在寻找高Δn RRLs、新分子跃迁甚至新分子方面具有不可替代的优势。

TMRT位于中国上海西郊。 它是目前亚洲最大的全转向射电望远镜。 提供从 L 到 Q 频段的接收器,覆盖 1–50 GHz 的整个频率范围。 SHAO钟伟业博士团队研发的Q波段接收机提供了TMRT最高频率覆盖。

“TMRT非常适合宽带测线。Orion KL的TMRT Q波段测线检测到了大量的发射线,其中三分之二在之前的测线中都没有发现,”刘传川说,该研究的第一作者。

当一个电子被离子俘获时,它会继续向下跳跃并产生一系列发射线。 如果这些发射线出现在无线电系统中,则称为 RRL。 在 TMRT 线路调查中,检测到 H135π 和 C81γ 等高 Δn RRL。 这些 RRL 在 Q 波段中检测到的 Δn 最高。

此外,调查还发现了NH3的(15, 15)和(16, 16)线。 在 Orion KL 的调查中首次探测到上态能量大于 2000 K 的 NH3 发射线,表明 Orion KL 地区存在极热气体成分。

还检测到许多复杂的有机分子,如 NH2CHO、CH3OCHO、C2H5CN、CH3OCH3、CH3CH2OH 和 CH3COCH3。 这些复杂的有机分子是更复杂的益生元分子的基础。

此外,研究人员还确定了 Q 波段中乙基氰 (C2H5CN v13/v21) 振动激发态的发射线。 这是首次探测和识别星际介质中C2H5CN v13/v21的Q波段发射。

通过比较它们的线宽和中心速度,可以将检测到的复杂有机分子分配给 Orion KL 的不同气体成分。 含醛物种和同时具有硫和氧元素的物种往往具有源自高原的光谱成分,这支持了这些物种可能因冲击而增加的丰度。

“这项调查达到了前所未有的线灵敏度,证明了 TMRT 在天体化学研究中的巨大潜力,”SHAO 研究员、该研究的共同通讯作者刘铁说。

“这次Q波段深线勘测为其他目标Q波段的类似线扫描勘测提供了极好的指导,”云南大学秦胜利教授、该研究的合著者补充道。

未来,研究团队将对Orion KL进行更深的线调查,旨在实现优于mK的灵敏度,并将频率覆盖范围扩展到全Q/Ka频段(26-50 GHz)。 此外,研究小组还计划使用 TMRT 在更大的复杂有机分子丰富源样本的 Q/Ka 波段进行线调查。

“后续调查将建立一个前所未有的典型富含复杂有机分子来源的 Q/Ka 波段光谱库,并有助于识别新的复杂有机分子,特别是益生元物种,”SHAO 主任沉志强说。该研究的共同通讯作者。