低質量星形成領域 L1527 におけるHC3N の 13C 同位体の観測

荒木光典1, 高野秀路2, 坂井南美3, 山本智4,小山貴裕1, 久世信彦5, 築山光一1

東京理科大学1、日本大学2、理研3、東京大学4、上智大学5

2016/03/16春季年会

はじめに

• 星間分子における分子種の約40%が炭素鎖分子

• 炭素鎖分子生成のユニット: C2 (Schiff & Bohme 1979)

C+ (Suzuki 1983)

CH4 (Sakai et al. 2009)

• 炭素鎖分子の生成機構のトレース→ 13C 同位体観測

はじめに

• 炭素鎖分子の生成機構のトレース→ 13C 同位体観測

[C ]/[13C ] = 60

量が多い炭素鎖分子炭素3個以上では

全13C同位体が観測できる奇特な炭素鎖分子

↓HC3N

(HC5N, Taniguch et al. 2016)

これら以外の分子：１３C種の観測は困難

これまでの HC3N の研究

Takano et al., A&A. 329, 1156, 1998

[H13CCCN]:[HC13CCN]:[HCC13CN] = 1.0:1.0:1.4

XCCX + YCNZ → HCCCN + ….

柱密度(cm-2) 同位対比[Normal]/[13C]

H13CCCN (2.0 ± 0.2) × 1012 79 ±11

HC13CCN (2.1 ± 0.2) × 1012 75 ±10

HCC13CN (2.9 ± 0.3) × 1012 55 ±7

暗黒星雲TMC-1 におけるHC3Nの13C 同位体

等しい

等価な炭素からの二炭素成長機構

C2H2 + CN → HC3N + H

C2H + HNC → HC3N + H

C2H2+ + HCN → HC3NH+ + H

C2H2 + HCNH+ → HC3NH+ + H2

TMC-1 での HC3N 生成機構*

*Takano et al., A&A., 329, 1156, 1998

[13CCH] < [C13CH] in TMC-1Sakai et al., A&A. 512, A31, 2010

等価な炭素からの二炭素成長機構

二炭素成長機構は

• 分子雲の進化段階に普遍なのか？

• 暗黒星雲TMC-1より進化の進んだ星形成領域でも同じか？

★

暗黒星雲6K

星形成領域10-20K

進化

原始星

L1527 Warm Carbon Chain Chemistry (WCCC)

領域

C2H2 + CN → HC3N + H

C2H + HNC → HC3N + H

C2H2+ + HCN → HC3NH+ + H

C2H2 + HCNH+ → HC3NH+ + H2

XCCX + YCNZ → HCCCN + …

*Takano et al, A&A, 329, 1156, 1998

予想される L1527 での HC3N 生成機構

[13CCH] < [C13CH] in L1527Sakai et al., A&A. 512, A31, 2010

[H13CCCN]:[HC13CCN] = 1 : 1 ?

• Green Bank 100 m望遠鏡：GBT

• 2015年3-10月（現地、リモート）

• 低質量星形成領域 L1527

IRAS 04368+2557 position

04h 39m 53s.89, 2603’11.0” (2000)

• HC3N, J = 5‒4, 42.5-45.5 GHｚ

• 43時間 S/N = 35‒44

• 温度導出用 J = 9-8, 10-9, 12-11

野辺山 45 m望遠鏡：NRO

観測

• 本研究

• J = 5-4

• ~45 GHz

• GBT 100m

• ビームサイズ

~17″

• Taniguch et al.

• J = 10-9

• ~90 GHz

• NRO 45m

• ビームサイズ

~18′′

C4H, CCH (Sakai et al. 2008, 2010)30~40ʺ分布Beam Dilution なし

異なる回転レベルをほぼ同じビームサイズで観測

観測結果と考察

GBT

NRO

NRO

励起温度 12.1 K柱密度（同位体比）

GBT

NRO

NRO

HCCCNの柱密度

光学的に厚い

τ = 0.44

超微細構造超微細構造

光学的に薄い光学的に薄い

L1527 TMC-1*

H13CCCN 2.91 × 1011 (2.0 ± 0.2) × 1012

HC13CCN 2.95 × 1011 (2.1 ± 0.2) × 1012

HCC13CN (3.93 ± 0.17) × 1011 (2.9 ± 0.3) × 1012

HCCCN 2.52 × 1013 (1.6 ± 0.1) × 1014

励起温度 12.1 K-fix 7.1K-fix

柱密度

*Takano et al, A&A, 329, 1156, 1998

柱密度：1桁小さい

(cm-2)

[H13CCCN] : [HC13CCN] : [HCC13CN] : [HCCCN]

1 : 1 : 1.4 : 79

1 : 1.01±0.03 : 1.35±0.04 : 86.4±2.2L1527

TMC-1

C2H2 + CN → HC3N + H

C2H + HNC → HC3N + H

C2H2+ + HCN → HC3NH+ + H

C2H2 + HCNH+ → HC3NH+ + H2

XCCX + YCNZ → HCCCN + …

L1527 での HC3N 生成機構

[13CCH] < [C13CH] in L1527Sakai et al., A&A., 512, A31, 2010

等価な炭素からの二炭素成長機構による生成

分子雲の進化段階：暗黒星雲→WCCC領域HC3Nの二炭素成長機構の普遍性

[H13CCCN] : [HC13CCN] : [HCC13CN] : [HCCCN]

1 : 1 : 1.4 : 79

1 : 1.01±0.03 : 1.35±0.04 : 86.4±2.2L1527

TMC-1

類似の13C濃縮機構

13C+ + CN ↔ C+ + 13CN + DE

その他同位体種

GBT

GBT

[HCCCN]/[HCCC15N] = 338 ± 15

[DCCCN]/[HCCCN] = 0.0370 ± 0.0010

VLSR [Km/s]

• GBT 100 m望遠鏡により、

HC3N の 13C 同位体比を測定

• 等価な炭素（ C2H2, C2H2+ ）による

二炭素成長機構により生成

• 分子雲の進化段階：暗黒星雲→WCCC領域

HC3Nの二炭素成長機構の普遍性

まとめ