Детальные исследованияобластей звездообразования на основе прецизионноймолекулярной спектроскопии

Глава 4 содержит результаты прецизионной лабораторной спектроско-пии вращательных переходов основного колебательного состояния молекул C18O, 13CO, OCS, HNCO, HCN и радиоастрономической спектроскопии HN13C и H15NC в переходе J=1–0 [1, 3]. На основе лабораторных измерений, выполненных как с использованием субдоплеровской спектроскопии по провалу Лэмба, так и традиционными методами, разработанных алгоритмов аппроксимации профилей линий и измеренных спектров рассчитаны вращательные константы молекул. Для многих переходов точности определения частот улучшены на один – два порядка и в доплеровской шкале скоростей составили 1 м/с во всем диапазоне до 1 ТГц, доступном при радиоастрономических измерениях. В результате одновременных наблюдений темных облаков в HN13C и в линии C18O J=2–1, выбранной как эталон частот для коррекции доплеровских смещений (раздел 4.1), на порядок улучшены точности измерений квадрупольного расщепления HN13C в переходе J=1–0; константа магнитного спин-вращательного взаимодействия CN определена впервые [16, 17]. В разделе 4.2 представлены результаты лабораторных исследований вращательного спектра молекулы C18O [13]. Благодаря прецизионным субдоплеровским измерениям с провалом Лэмба частот переходов J=1–0 и J=2–1 с точностью лучше 1 кГц (2) и обработки имеющихся данных по другим переходам рассчитан вращательный спектр с точностью 1 м/с для всех частот разделе 4.1 причины ошибок в сверхтонкой структуре HNC, сделанной в [12*] по наблюдениям L134A. Раздел 4.3 посвящен исследованиям вращательного спектра молекулы 13CO [5]. В результате прецизионных субдоплеровских измерений сверхтонкой структуры переходов от J=1–0 до J=4–3 с точностью лучше 1 кГц и обработки имеющихся данных по другим переходам рассчитан вращательный спектр с эквивалентной точностью 1 м/с для всех частот Приложение С) точность определения константы CI оказалась на порядок выше аналогичных измерений в работе [13*]. Поскольку сверхтонкое расщепление в 13CO сравнимо с тепловой шириной линий при Tk=10 К, его учет крайне важен при анализе наблюдаемых профилей линий в темных облаках в отсутствие нетеплового уширения. Раздел 4.4 содержит результаты исследований вращательной структуры молекулы OCS [4]. Благодаря выполненным субдоплеровским измерениям в диапазоне 48–500 ГГц, традиционной доплеровской спектроскопии в диапазоне 0.89 –1.1 ТГц и данными других авторов рассчитан вращательный спектр OCS с точностью 0.3 кГц (1) для всех частот ниже 500 ГГц и лучше 3 кГц для частот в диапазоне 0.5–1 ТГц. Из-за отсутствия обнаружимого сдвига линий давлением, вследствие простой структуры спектра и высокой плотности вращательных переходов, следующих с периодом в 12 ГГц, измеренный спектр OCS является хорошим калибровочным эталоном частот при прецизионных лабораторных измерениях в линиях других молекул в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. В разделе 4.5 представлены результаты исследований вращательного спектра молекулы HNCO в основном колебательном состоянии [2]. Из анализа измерений большого количества линий, выполненных в диапазоне 87–1100 ГГц, и всех других имеющихся в литературе данных в десятки раз повышена точность эффективных вращательных констант в сравнении с предыдущими результатами других авторов. Достигнутая точность для вращательных переходов внутри Ka=0, 1 состояний в пересчете к доплеровским скоростям составила 1 м/с (1) для частот разделе 4.6 представлены результаты определения частоты перехода H15NC J=1–0 [1, 3], полученные из анализа одновременных радиоастрономических измерений данной молекулы и перехода молекулы HNCO JKa,Kc=50,5–40,4, взятого в качестве эталона частот для учета доплеровских поправок. Т.к. по наблюдениям нескольких десятков темных облаком на IRAM-30m была выявлена корреляция между интенсивностями и ширинами линий данных молекул, это позволило в несколько раз улучшить точность частоты H15NC J=1–0 в сравнении с имеющимися лабораторными данными. Раздел 4.7 содержит результаты анализа измерений вращательного спектра HCN в основном колебательном состоянии, благодаря которому в несколько раз уменьшены ошибки расчета частот переходов с учетом сверхтонкого расщепления [1, 3]. Достигнутая точность в доплеровской шкале скоростей составила 0.3 м/с (1) для всех частот Главе 3. В разделе 4.8 приведены примеры использования прецизионной спектроскопии для исследования внутренней динамики областей звездообразования, полученные на основе одновременных измерений линий разных молекул. Поскольку различные молекулы обладают разными дипольными моментами 0, разной энергией верхнего уровня Eup, разной критической плотностью n*, требуемой для возбуждения переходов, а наблюдаемые линии имеют разную оптическую толщину , то совместные измерения разных переходов различных молекул позволяют судить не только о плотности газа и лучевой концентрации, но и о характере и величине систематических движений разных областей друг относительно друга. Показано, что благодаря достигнутым точностям частот вращательных спектров молекул стало возможным измерять внутренние движения, намного меньшие тепловых скоростей даже для темных облаков с очень узкими линиями.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты диссертационной работы

1. Проведены детальные исследования структуры и кинематики центральных ядер молекулярных облаков, связанных с областями образования звезд большой массы. Из анализа полученных данных определены параметры источников; в некоторых из них выявлена вращающаяся дисковая структура; найдены характерные зависимости наблюдаемых линий от расстояния до центров ядер и от квантовых чисел вращательных переходов молекул. Для ряда источников на основе измеренных карт в линиях молекул и разработанных программ решения переноса излучения построены детальные модели, описывающие всю совокупность полученных данных.

2. Объяснен механизм формирования аномальных отношений сверхтонких компонент перехода HCN J=1–0 в темных облаках. С целью количественного расчета отношений сверхтонких компонент составлена компьютерная программа, позволяющая решать задачу переноса излучения методом Монте-Карло для любого количества уровней с учетом всех возможных перекрытий линий, как локального, так и нелокального характера, для любого соотношения между микротурбулентными и систематическими скоростями и при любой зависимости скорости сжатия от расстояния до центра облака. Показано, что именно разное поглощение разреженной оболочки в разных линиях ответственно за данные аномалии. При этом рост турбулентности к краю облака является необходимым условием для превышения излучения в компоненте F=0–1 в сравнении с остальными линиями.

Из последующих наблюдений темных облаков с высоким спектральным разрешением найдено, что характерные детали самообращения на асимметричных профилях HCN находятся в хорошем согласии с результатами выполненных расчетов. Экспериментально показано, что вследствие высокого содержания HCN в межзвездной среде, большого дипольного момента и возможности одновременных измерений нескольких компонент с разной оптической толщиной, данная молекула является одним из наиболее эффективных зондов для поиска и исследования коллапсирующих ядер в областях звездообразования.

В результате обзора 50 темных облаков найдено, что примерно половина объектов обладает признаками внутренних систематических движений. При этом 17 источников уверенно ассоциируются с коллапсирующими ядрами. Четыре объекта из 11 детально прокартированных источников являются дифференциально вращающимися. В двух источниках характер асимметрии HCN линий соответствует ускоренному коллапсу в направлении ядра и расширению оболочки.

3. На основе прецизионных лабораторных измерений, выполненных как с использованием субдоплеровской спектроскопии по провалу Лэмба, так и традиционными методами, рассчитаны вращательные спектры молекул C18O, 13CO, HNCO и HCN в основном колебательном состоянии с эквивалентной точностью в доплеровской шкале скоростей 1 м/с во всем диапазоне до 1 ТГц, доступном при радиоастрономических измерениях. Для многих вращательных переходов точности определения частот улучшены на один-два порядка.

Принимая во внимание относительно высокие интенсивности C18O в межзвездной среде, малые ширины линий и гауссову форму профилей, новые лабораторные значения частот переходов позволяют рассматривать линии C18O в качестве одного из лучших стандартов частот при спектральных радиоастрономических измерениях.

Благодаря прецизионным субдоплеровским измерениям сверхтонкой структуры переходов 13CO от J=1–0 до J=4–3 и разработанным алгоритмам аппроксимации профилей поглощения, показано, что константа магнитного спин-вращательного взаимодействия для 13C не зависит от квантового числа J, а ее значение находится в хорошем согласии с результатами молекулярных пучковых измерений для уровня J=1. Точное значение величины расщепления особенно важно при анализе наблюдаемых профилей линий при низких температурах в отсутствие турбулентного уширения и при оценке числа молекул на луче зрения.

В результате исследований спектра HNCO достигнута точность частот для вращательных переходов внутри Ka=0, 1 состояний, позволяющая проводить радиоастрономические измерения с погрешностью, сопоставимой с наиболее прецизионными наблюдениями по линиям других молекул, и использовать данные частоты в качестве стандарта при измерениях других линий.

В результате обработки всех прецизионных измерений частот HCN найдено, что полученные константы сверхтонкого расщепления eQq и CN находятся в хорошем согласии с данными электрического резонанса для молекулярных пучков при J=1 и не зависят от квантового числа J.

4. Благодаря использованию линий C18O J=2–1 и HNCO JKa,Kc=50,5–40,4 в качестве эталонов частот, из радиоастрономических измерений на порядок улучшены точности измерений квадрупольного расщепления HN13C в переходе J=1–0 и частоты H15NC J=1–0. Константа магнитного спин-вращательного взаимодействия CN для HN13C определена впервые. Поскольку данные молекулы являются крайне нестабильными при лабораторных условиях, показано, что их радиоастрономическая спектроскопия является предпочтительной.

5. Экспериментально показано, что благодаря достигнутым точностям частот вращательных переходов измерения линий разных молекул позволяют не только определять скорость движения вещества в областях звездообразования с точностью ~1 м/с, но и измерять градиенты движений в зависимости от радиуса.

Список основных работ автора по теме диссертации

1. Лапинов А. В. Прецизионная микроволновая спектроскопия астрофизически важных молекул // Тезисы докладов Всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн, Нижний Новгород, 12 – 15 марта 2007, С.42 – 43 (приглашенный доклад).
2. Лапинов А. В., Голубятников Г. Ю., Марков В. Н., Гварнери А. Лабораторные исследования HNCO для прецизионной спектроскопии темных облаков // Письма в Астрон. журн., 2007, Т.33, С.143 – 152.
3. Lapinov A. V. Precise spectroscopy of astrophysically important species // Invited talk on the XV Symposium on High Resolution Molecular Spectroscopy (HighRus-2006), Proceedings of SPIE (Eds. Ponomarev Yu. N., Mikhailenko S. N., Sinitsa L. N.), 2006, V.6580, P.658001-1 – 658001-12.
4. Golubiatnikov G. Yu., Lapinov A. V., Guarnieri A., Knchel R. Precise Lamb-dip measurements of millimeter and submillimeter wave rotational transitions of 16O12C34S // J. Mol. Spectrosc., 2005, V.234, P.190 – 194.
5. Cazzoli G., Puzzarini C., and Lapinov A. V. Precise laboratory frequencies for the JJ–1 (J=1, 2, 3, 4) rotational transitions of 13CO // Astrophys. J., 2004, V.611, P.615 – 620.
6. Лапинов А. В. Обзор темных молекулярных облаков в линиях большого числа молекул // Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2004 “Горизонты вселенной”, Труды ГАИШ МГУ, 2004, Т.LXXV, С.158.
7. Замоздра С. Н., Лапинов А. В., Троицкий Н. Р. Моделирование облака L1544 в линиях излучения HCO+ // Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2004 “Горизонты вселенной”, Труды ГАИШ МГУ, 2004, Т.LXXV, С.151 – 152.
8. Лапинов А. В., Cazzoli G., Puzzarini C. Прецизионная спектроскопия астрофизически важных молекул // Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2004 “Горизонты вселенной”, Труды ГАИШ МГУ, 2004, Т.LXXV, C.131.
9. Лапинов А. В. Детальные исследования радиотелескопа IRAM-30m для спектроскопии высокого разрешения // Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2004 “Горизонты вселенной”, Труды ГАИШ МГУ, 2004, Т.LXXV, С.35 – 36.
10. Троицкий Н. Р., Лапинов А. В., Замоздра С. Н. Моделирование переноса излучения в линиях HCO+ и H13CO+ облака L1544 // Изв. вузов. Радиофизика, 2004, Т.47, Вып.2, С.85 – 93.
11. Lapinov A. Multiline Study of Collapsing Dark Clouds // Abstracts of 4th Cologne–Bonn–Zermatt–Symposium: The Dense Interstellar Medium in Galaxies (Eds. Heithausen A. and Kramer C.), Zermatt, Switzerland, Sep.22 – 26, 2003, P.156.
12. Lapinov A. and Peng R. High-resolution multiline study of G268.42–0.85 // Abstracts of 4th Cologne–Bonn–Zermatt–Symposium: The Dense Interstellar Medium in Galaxies (Eds. Heithausen A. and Kramer C.), Zermatt, Switzerland, Sep.22 – 26, 2003, P.155.
13. Cazzoli G., Puzzarini C., and Lapinov A. V. Precise laboratory frequencies for the J=1–0 and J=2–1 rotational transitions of C18O // Astrophys. J., 2003, V.592, L95 – L98.
14. Лапинов А. В., Henkel C. Исследование характеристик 100-м радиотелескопа института радиоастрономии им. Макса Планка в диапазоне 20–50 ГГц // Тезисы докладов Российской конференции памяти А. А. Пистолькорса “Радиотелескопы РТ-2002, антенны, аппаратура, методы”, г. Пущино, 2002, 9 – 11 октября, С.74.
15. Henning Th., Lapinov A., Schreyer K., Stecklum B., and Zinchenko I. I. IRAS 12326–6245: Luminous very young stellar objects with a massive molecular outflow // Astronomy & Astrophys., 2000, V.364, P.613 – 624.
16. Lapinov A. V. HCN and HNC spectroscopy in dark clouds // Abstracts of IAU Sumposium 197 ``Astrochemistry: From Molecular Clouds to Planetary Systems'', Sogwipo, South Korea, 1999, August 23 – 27, P.99 – 100.
17. Lapinov A. V. High-resolution HCN and HNC spectroscopy in dark interstellar clouds // Proceedings of the VIII Russian-Finnish Symposium on Radioastronomy “Radioastronomical Researches”' (Eds. Zaitsev V. V. & Stepanov A. V.), Pulkovo, Saint Petersburg, 1999, June 28 – July 3, P.81 – 86.
18. Lapinov A. V., Schilke P., Juvela M., and Zinchenko I. I. Studies of dense cores in regions of massive star formation VI. Multitransitional CS and CO observations of G261.64–2.09, G268.42–0.85, G270.26+0.83 and G301.12–0.20 // Astronomy & Astrophys., 1998, V.336, P.1007 – 1023.
19. Зинченко И. И., Барышев А. М., Вдовин В. Ф., Замятин И. В., Кошелец В. П., Лапинов А. В., Лапкин И. В., Мышенко В. В., Нестеров Н. С., Пирогов Л. Е., Шитов С. В., Шульга В. М. Спектральные радиоастрономические наблюдения на РТ-22 КрАО с СИС-приемником диапазона длин волн 3 мм // Письма в Астрон. журн., 1997, Т.23, С.145 – 148.
20. Шульга В. М., Мышенко В. В., Назаров Е. А., Антюфеев А.В., Литвиненко Л. Н., Зинченко И. И., Лапинов А. В., Пирогов Л.Е. Структура молекулярного облака TMC-1 в линии HCN J=1–0 // Радиофизика и радиоастрономия, 1996, Т.1, No.1, С.54 – 60.
21. Pirogov L., Zinchenko I., Lapinov A., Myshenko V., and Shul'ga V. H13CN, H13CO+, and HCO+ observations of dense gas in galactic molecular clouds // Astronomy & Astrophys. Suppl. 1995, V.109, P.333 – 340.
22. Лапинов А. В., Лапинова С. А. Восстановление изображений методом максимума энтропии // Тезисы докладов XXVI Радиоастрономической конференции, г. Санкт-Петербург, 1995, С.260 – 261.
23. Pirogov L., Zinchenko I., Lapinov A., Myshenko V., Shul'ga V. H13CN, H13CO+, HCN and HCO+ observations of dense gas in galactic molecular clouds // Proceedings of the Sixth Russian–Finnish Symposium on Radio Astronomy “Radiastronomical Researches”, Nizhny Novgorod, 1995, Sept. 13–17, P.25–39.
24. Zinchenko I., Lapinov A., Mattila K., Toriseva M. CS studies of dense cores in regions high mass star formation: A survey of southern molecular clouds // Astrophys. and Space Sci., 1995, V.224, P.585 – 586.
25. Zinchenko I., Forsstrm V., Lapinov A., Mattila K. CS J=2–1 and HCN J=1–0 observations of dense molecular cores in regions of massive star formation // Proceedings of the International Conference “The Physics and Chemistry of Interstellar Molecular Clouds, 1993”, Switzerland, 1995, P.294 – 295.
26. Lapinov A. V., Zinchenko I. I., Shulga V. M., Myshenko V. V. C3H2 21,2–10,1 observations of some molecular clouds // Astron. Astroph. Transactions, 1994, V.5, P.325 – 331.
27. Zinchenko I., Forsstrm V., Lapinov A., and Mattila K. Studies of dense molecular cores in regions of massive star formation. CS J=2–1 and HCN J=1–0 observations of 11 northern cores // Astronomy & Astrophys., 1994, V.288, P.601 – 616.
28. Shulga V. M., Myshenko V. V., Litvinenko L. N., Zinchenko I. I., Lapinov A. V. Observations of cyclopropenylidene line in some molecular clouds // Turkish J. Physics, 1994, V.18, No.9, P.1001 – 1002.
29. Pirogov L. E., Zinchenko I. I., Lapinov A. V., Myshenko V. V., Shul'ga V. M. The properties of the dense gas in galactic molecular clouds derived from the H13CN, H13CO+, HCN and HCO+ observations // Препринт ИПФ АН СССР, 1994, No.347, C.1 – 20.
30. Zinchenko I. I., Lapinov A. V., Mattila K. and Toriseva M. CS studies of dense cores in regions high mass star formation: A survey of southern molecular clouds // Proceedings of the International Conference ``Circumstellar matter 1994'', Edinburg, Scotland, 1994, Aug.29 – Sep.2, P.585 – 586.
31. Lapinov A. V., Zinchenko I. I., Berulis J. J., Myshenko V. V., Shul'ga V. M. C3H2 observations of some molecular clouds // Proceedings of the First Plenary Meeting of the European Astronomical Society “The Impact of Space Research on Astronomy”, Liege, Belgium, 1992, June 22--24.
32. Шульга В. М., Зинченко И. И., Нестеров Н. С., Мышенко В. В., Андриянов А. Ф., Исаев В. Ф., Князьков Л. Б., Лапинов А. В., Литвиненко Л. Н., Мальцев В. А., Пирогов Л. Е., Шанин В. Н., Штанюк А. М. Наблюдения молекулярных линий в диапазоне 85–90 ГГц на РТ–22 Крымской астрофизической обсерватории АН СССР с мазерным приемником // Письма в Астрон. журн., 1991, Т.17, No.12, C.1084 – 1089.
33. Лапинов А. В. Модели молекулярных облаков G10.6–0.4 и G35.2–0.74 // Тезисы докладов XXIII Всесоюз. радиоастрономической конф. “Галактическая и внегалактическая радиоастрономия”, Ашхабад, 1991, C.153.
34. Зинченко И. И., Красильников А. А., Кукина Э. П., Лапинов А. В., Пирогов Л. Е. Наблюдения молекулярных облаков, связанных с областями Шарплесса, в линии J=1–0 HCO+ // Астрон. журн., 1990, Т.67, Вып.5, C.908 – 923.
35. Зинченко И. И., Лапинов А. В., Пирогов Л. Е. Обзор молекулярных облаков, связанных с областями HII из каталога Шарплесса, в линии J=1–0 HCN. II. Анализ данных спектральных наблюдений // Астрон. ж., 1989, Т.66, Вып.6, C.1142 – 1153.
36. Лапинов А. В. Расчет излучения HCN в темных облаках // Астрон. журн., 1989, Т.66, Вып.2, C.264 – 274.
37. Буров А. Б., Вдовин В. Ф., Зинченко И. И., Кисляков А. Г., Красильников А. А., Кукина Э. П., Лапинов А. В., Пирогов Л. Е. Обзор молекулярных облаков, связанных с областями HII из каталога Шарплесса, в линии J=1–0 HCN. Результаты наблюдений // Письма в Астрон. журн., 1988, Т.1
    
    
    Pages:     | 1 | 2 |

    3

    |