用FAST和云台40米望远镜进行普朗克冷核的大碳氮链分子观测研究

Cold dark clouds are at an evolutionary stage lying between diffuse clouds and star forming cores. Therefore one will be able to detect original components of molecules in cold dark clouds, but also can study the initial conditions of star formation. Large complex molecules containing C and N(HC5N, HC7N,HC9N and HC11N) are crucial probes in studying cold dark clouds. But we did not understand physical and chemical conditions of cold dark clouds well, due to absence of large sample observations of large C and N-bearing complex molecules. So far more than 10000 Planck cold cores were detected by Planck instrument, which are ideal sites for observing large C and N-bearing molecules. We plan to observe these 4 complex organic molecular species containing C and N toward 1500 Planck cold cores, using FAST and the C band receiver mounted on the 40m radio telescope of Yunnan astronomical Observatories. The observations will be done by single point survey first using FAST, and then mapping the brightest sources using 40m telescope. Based on the observations, the column densities, temperatures and abundances will be derived. This will be first large sample observations of large C and N-bearing complex molecules. The project proposed here will help us understand physical, chemical and evolutionary properties of Planck cold cores, and understand formation routes of the large C and N-bearing complex molecules. Furthermore, we will investigate the abundance variation with time. Combing the data at other bands, we will also study the transfer mechanism from atom to molecule in the cloud.

冷暗云的演化阶段介于弥散云和恒星形成核之间，因此在冷暗云中可探测到分子云中的原初分子成份，也可用来研究恒星形成的原初条件。大碳氮链分子(HC5N,HC7N,HC9N,HC11N)是研究冷暗云的重要探针，但由于没有大碳氮链分子的高灵敏度大样本观测，我们对冷暗云的物理化学性质缺乏了解。普朗克卫星目前探测到1万多个普朗克冷核，是理想的观测大碳氮链分子的场所。本项目计划用FAST对约1500个普朗克冷核进行大碳氮链分子的高灵敏度单点观测，并对某些强源用云南天文台40米望远镜进行成图观测，获得这些冷核的密度、温度、丰度。这将是首次大样本大碳氮链有机分子的高灵敏度观测研究，目的是理解冷云核内有机分子的物理和化学特征，从而弄清楚大碳氮链分子在冷核中的形成规律，在不同物理条件下的观测强度和丰度；并研究这些冷核的分子丰度随不同演化阶段的变化，结合其它波段的观测，研究冷核中气体从原子到分子的转换机制。

普朗克卫星的运行发现了银河系内大量的普朗克冷核，确定了普朗克冷核处于恒星形成的最早阶段，其物理环境反映了恒星形成的原初环境。然而普朗克卫星设备观测具有低的空间分辨率，不能分清恒星形成的空间结构和详细的物理化学特征。.. 以前对普朗克冷核的研究主要是尘埃连续谱辐射和一氧化碳分子的观测进行相关观测研究。本项目利用国内外先进望远镜，对普朗克冷核进行了大样本和特殊天体的多谱线观测，探测到了长碳链分子HC3N、HC5N、 HC7N和C3S，简单分子c-C3H、 H2CO、SO、CCH、 N2H+、c-C3H2、N2D+、DNC、HN13C、CCS、D2CO、HDCS和DCN，以及复杂有机分子CH3OH、CH3CCH、HCOOH、CH2DOH、C2H5OH、CH3CHO、HCOOCH3、13CH3OH和13CH3CN等，包括生命前分子甲酰胺NH2CHO，确定了普朗克冷核的丰富分子物质组份，不同演化阶段的普朗克冷核具有不同的分子组份和物理化学特征。基于自己的样本数据，我们构建了普朗克冷核的化学模型，解释了观测事实，提出了普朗克冷核部分分子的合成路径和化学起源。这个工作无疑能为未来的相关研究提供借鉴和进一步详细研究的绝佳样本，以及怎样选择不同的分子线进行普朗克冷核的相关研究。.. 利用国内外先进单天线和干涉仪射电望远镜进行了大样本连续谱和多分子品种的高空间分辨率观测，发现了普朗克冷核的详细的内部空间结构，探测到了纤维状结构和致密云核，并分类这些致密云核的演化序列为无星核—星前核—原恒星核。无星核、星前核、原恒星核的物理尺寸随着演化而减小，可能的原因是随着演化，包层物质流失并转移到原恒星核。这些致密云核具有不同的物理特征并具有不同的运动学特征，可能关系到不同天区的原初的物理化学环境。