大质量恒星形成区的分子天体化学研究

Of the 170 molecular species detected in the ISM to date, more than half of the molecules have been detected first in either Orion KL (the closest high mass star formation region to the Sun) or Sgr B2(N)/Sgr B2(M). (high mass star fromation regions in the Galactic centre). The Orion KL contains servel distinct components: an ambient component, hot core and compact ridge, while many of complex organic molecules have been observed in the Sgr B2(N) region, and Sgr B2(M) is the brightest IR source in the Galaxy. Therefore the Orion-KL and Sgr B2 molecular clouds are archetypal regions for many of the physical and chemical processes related to field of high mass star formation. The project proposed here will focus on the chemistry in the three regions by use of line survey of Herschel/HIFI and ground-base telescopes. The gas distribution, temperature, density structures of the specific molecules will be derived from the ground-base telescope observations first, and then we can obtain the physical parameters of each chemical component by modeling the Herschel/HIFI data accurately. The main goal of this project falls into the following three categories: 1, making certain the chemical routes of the observed organic molecules, i.e., whether they are directly evaporated from grain surfaces or second generation molecules produced by high temperature gas phase chemistry; 2, the brightest IR source Sgr B2(M) is the best candidate for absorption line studies, probing the entire line of sight between the Sun and the Galactic centre, and then can be used for studying the spiral arm cloud chemistry with lower gas densities; 3, measuring the isotopic abundance ratios of the specific molecules and understanding the heavy element nucleosynthesis in stars.

太空中探测到的170个分子中，大部分分子是在Orion KL和银心Sgr B2（N）和（M）大质量恒星形成区探测到的。Orion KL区域包含热核、致密脊、环境低温成份，Sgr B2(N)区域有大量的有机分子，Sgr B2(M)是银河系最亮的红外源。这些区域包含了大质量恒星形成过程中丰富的物理和化学过程。本项目将利用太空望远镜Herschel/HIFI谱线巡天资料以及地面设备对这三个区域进行分子天体化学研究。用地面望远镜观测得出所研究分子的气体分布、温度和密度结构，然后用这些物理量对Herschel/HIFI资料进行模型拟合，对所研究的化学成份求得精确的物理参量。于是这个研究的主要目标是：1,确定有机分子在不同环境的化学路径,即这些分子起源于尘埃颗粒表面,或高温气相的第二代分子;2,用简单分子吸收线,研究银河系弥散源云化学;3,用分子跃迁测量银心区的元素同位比，探讨银心区重元素核合成问题。

这个项目主要是分子天体化学研究，同时研究大质量恒星形成区的物理特征。主要的目标天体是银河系中心Sgr B2和猎户座Orion KL，以及银盘上的其他大质量恒星形成区。基于多波段数据，首次构建和反演Sgr B2(N)和Sgr B2(M)的空间三维结构。Sgr B2（N)位于Sgr B2(M)的后边，这两个区域具有不同的气体成份和恒星形成效率以及恒星质量。对Sgr B2进行了ALMA高空间分辨率的毫米波连续谱和分子线观测，首次把Sgr B2分辨为多空间成份，显示出云核碎裂过程，这些空间成份具有不同的谱指数和化学特征。猎户座Orion KL的不同波段的观测，探测到三个新的毫米波源，这三个源具有不同的谱指数和尘埃颗粒增长。多个HC3N振动跃迁线及其同位素谱线观测表明这个区域的丰富的分子线是外部加热引起。多分子跃迁导出了这个区域的12C/13C比是52. W3(OH)复合体包含了W3(H2O)和W3(OH)两个处于不同演化阶段的天体。处于早期演化阶段的W3(H2O)具有丰富的有机分子和高的气体温度和分子丰度。由此推断虽然W3(OH)中心已经形成了大质量恒星，但破坏了其周围的分子气体环境，探测到的分子辐射来自于其外部包层。这个工作给我们的提示是，对大质量恒星形成区物理化学性质的研究，需要不同演化阶段的大样本高分辨率观测。首次对大质量恒星区W51N进行了化学性质研究，发现了这个区域是C2H5OH丰富的源，并证认出了生命前分子CH3COCH3，这是在银河系第三个大质量天区发现CH3COCH3。通过化学分析，证实这个天区的大部分有机分子的合成起源于尘埃颗粒表面。