지구물질에 존재하는 안정 동위원소의 평형상태에서의 분화(equilibrium isotope fractionation of stable isotope)는 물질의 진동 특성(vibrational properties)에 기인하며, 지구물질이 지구시스템 내에서 겪는 다양한 지질학적 과정들을 정량적으로 이해하는 데 도움을 준다. 본 연구에서는 H2O 분자의 clumped 동위원소의 특성을 양자화학계산을 이용하여 규명하였다. 특히, 산소 동위원소(16O, 17O, 18O)와 수소 동위원소(수소, 중수소, 삼중수소)의 조합으로 구성된 H2O 분자에 대한 산소와 수소 동위원소간의 clumping 세기를 정량적으로 계산하고, 온도 변화에 따른 clumping 세기 변화 패턴을 분석하였다. 최적화된 분자구조의 평형 결합길이(bond length)와 결합각(bond angle)은 분자의 질량수와 무관하며, 각각 0.9631-0.9633 Å과 104.59-104.62°로 일정하였다. H2O 분자의 3개의 진동 모드의 진동수는 동위원소 질량수가 증가함에 따라 감소하였으며, 산소보다 수소 동위원소의 변화에 더 큰 영향을 받는다. 진동수를 바탕으로 계산된 동위원소 치환반응의 평형상수 또한 수소 동위원소 질량수에 따라 더 큰 변화 양상을 보인다. 무거운 동위원소 조합의 clumping 반응의 평형상수는 로그값에서 강한 선형 상관관계를 지시한다. 세 동위원소 조합의 상대적인 clumping 강도는 HD18O에 대하여 각각 1.86배(HT18O), 1.16배(HT17O), 0.703배(HD17O)로 나타났다. Clumping의 세기인 Δ21 값은 온도의 증가에 따라 감소하며 이차 상관관계를 보인다. 이는 Δ21이 온도 환경 지시자로서 이용될 가능성이 있음을 지시한다. 본 계산 결과는 17O와 삼중수소를 포함한 clumped 동위원소 분배의 경향을 최초로 정립한 연구이다. 향후, 자연계에서 산소-수소 동위원소 조성의 기원을 보다 정량적으로 이해하기 위하여 비조화적(anharmonicity) 진동이 고려된 동위원소 분배계수의 계산 또한 필요하다. 상기한 연구 결과는 H2O 분자의 다양한 지표환경에서의 clumped 동위원소의 측정과 이를 기반으로 한 지질환경 변화 기작을 설명하는 데 사용될 것으로 기대한다.
I will presents the analysis of the gas properties of the protoplanetary disk surrounding the young low-mass (about 1.2Msun) triple star, GG Tau A. This work makes use of ALMA observations of rotational lines of CO (12CO, 13CO and C18O) together NOEMA observations of a few dozens of other molecules. While the CO emission gives information on the molecular layer close to the disk atmosphere, its less abundant isotopologues 13CO and C18O bring information much deeper in the molecular layer. I will present the analysis of the morphology and kinematics of the gas disk using the CO isotopologues. A radiative transfer model of the ring in CO isotopologues will also be presented. The subtraction of this model from the original data reveals the weak emission of the molecular gas lying inside the cavity. Thus, I am able to evaluate the properties of the gas inside the cavity, such as the gas dynamics, excitation conditions, and the amount of mass in the cavity. High angular resolution observations of CO reveals sprials induced by embedded planet(s) located near the 3:2:1 mean-motion resonance that help to explain the special morphology of the circumbinary disk. I also discuss some chemical properties of the GG Tau A disk. I report the first detection of H2S and C2S in a protoplanetary disk. The molecule abundance relative to 13CO of about twenties other molecules will also be given. In GG Tau A, the detections of rare molecules such as H2S and C2S have been probably possible because the disk is more massive (a factor about 3-5) than other disks where the molecules was searched. Such a large disk mass makes the system suitable to detect rare molecules and to study cold-chemistry in protoplanetary disks.
We present the modeling results of deuterium fractionation of water ice, $H_2$, and the primary deuterium isotopologues of $H3^+$ in the physical conditions associated with the star and planet formation process. We calculated the deuterium chemistry for a range of gas temperatures (Tgas~10-30 K) and ortho/para ratio (opr ) of $H_2$ based on state-to-state reaction rates and explore the resulting fractionation including the formation of a water ice mantle coating grain surfaces. We find that the deuterium fractionation exhibits the expected temperature dependence of large enrichments at low gas temperature, but only for opr-H2<0.01. More significantly the inclusion of water ice formation leads to large D/H ratios in water ice (${\geq}10^{-2}$ at 10 K) but also alters the overall deuterium chemistry. For T<20 K the implantation of deuterium into ices lowers the overall abundance of HD which reduces the efficiency of deuterium fractionation at high density. Under these conditions HD will not be the primary deuterium reservoir in the cold dense interstellar medium and $H3^+$ will be the main charge carrier in the dense centers of pre-stellar cores and the protoplanetary disk midplane.
The 22 m diameter Mopra telescope in Australia is being used to undertake an improved survey of the CO J = 1-0 line at 3mm along the 4th quadrant of the Galaxy, achieving an order of magnitude better spatial and spectral resolution (i.e. 0.6 and 0.1 km/s) than the Dame et al. (2001) survey that is publically available for the Southern Galactic plane. Furthermore, the Mopra CO survey includes the four principal isotopologues of the CO molecule (i.e. $^{12}CO$, $^{13}CO$, $C^{18}O$ and $C^{17}O$). The survey makes use of an 8 GHz-wide spectrometer and a fast mode of on-the-fly mapping developed for the Mopra telescope, where the cycle time has been reduced to just 1/4 of a second. 38 square degrees of the Galaxy, from $l=306-344^{\circ}$, $b=0{\pm}5^{\circ}$ have currently been surveyed, together with additional 9 sq. deg. regions around the Carina complex and the Central Molecular Zone. We present new results from the survey (see also Burton et al., 2013, 2014). The Mopra CO data are being made publically available as they are published; for the latest release see the project website at www.phys.unsw.edu.au/mopraco.
Breakthrough analysis has widely been explored for the dynamic separation of gaseous mixtures in porous materials. In general, breakthrough experiments measure the components of a flowing gas when a gaseous mixture is injected into a column filled with an adsorbent material. In this paper, we report on the design and fabrication of a breakthrough curve measurement device to study the dynamic adsorptive separation of hydrogen isotopologues in porous materials. Using the designed system, an experiment was conducted involving a 1:1 mixture of hydrogen and deuterium passed through a column filled with zeolite 13X (1 g). At room temperature, both hydrogen and deuterium were adsorbed in negligible amounts; however, at a temperature of 77 K, deuterium was preferentially adsorbed over hydrogen. The selectivity was different from that in the existing literature due to the different sample shapes, measurement methods, and column structures, but was at a similar level to that of cryogenic distillation (1.5).
Choi, Yunhee;van der Tak, Floris F.S.;van Dishoeck, Ewine F.;Bergin, Edwin A.
천문학회보
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제40권2호
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pp.42.2-43
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2015
Massive stars play a major role in the interstellar energy budget and the shaping of the galactic environment. The water molecule is thought to be a sensitive tracer of physical conditions and dynamics in star-forming regions because of its large abundance variations between hot and cold regions. Herschel/HIFI allows us to observe the multiple rotational transitions of H2O including the ground-state levels, and its isotopologues toward high-mass star-forming regions in different evolutionary stages. Photodissociation regions (PDRs) are also targeted to investigate the distribution of water and its chemistry. We present line profiles and maps of H2O using data from two guaranteed-time key programs "Water In Star-forming regions with Herschel" and "Herschel observations of EXtra-Ordinary Sources". We analyze the temperature and density structures using LTE and non-LTE methods. We also estimate turbulent and expansion velocities, and abundance of water in the inner and outer envelopes using the 1D radiative transfer code. Around high-mass protostars we find H2O abundances of ~10-8-10-9 for the outer envelope and ~10-4-10-5 for the inner envelope, and expansion and turbulent velocities range from 1.0 km s-1 to 2.0 km s-1. The abundances and kinematic parameters of the sources do not show clear trends with evolutionary indicators. The Herschel/HIFI mapping observations of H2O toward the Orion Bar PDR show that H2O emission peaks between the shielded dense gas and the radicals position, in agreement with the theoretical and the observational PDR structure. The derived H2O abundance is ~10-7 and peaks at the depth of AV ~8 mag from the ionization front. Together with the low ortho-to-para ratio of H2O (~1) presented by Choi et al. (2014), our results show that the chemistry of water in the Orion Bar is dominated by photodesorption and photodissociation.
We present preliminary results of the submillimeter continuum observations of 14 Planck Galactic Cold Clumps (PGCCs), located in the ${\lambda}$ Orionis Complex. This region is the nearest large HII region, which is an ideal site for a study of the stellar feedback to its surroundings. We observed 14 PGCCs with JCMT/SCUBA-2 and used J=1-0 transitions of CO isotopologues from the PMO mapping observation. Several sub-clumps toward three PGCCs were detected at $850{\mu}m$. In order to examine whether these clumps can be candidates for pre-stellar cores, we compared each clump mass calculated from the $850{\mu}m$ continuum map to its Virial mass and Jeans mass calculated from the $^{12}CO$ and $C^{18}O$ (1-0) spectra, respectively. All clumps have masses smaller than their Virial and Jeans masses, indicating that none of them are gravitational bound and thus in the pre-stellar core stage. Also, the CO depletion factor, which has been derived from the dust continuum and the $C^{18}O$(1-0) line and can be an indicator of core evolution, toward the clumps is in the range of 1 to 5, suggesting that they are not very evolved dense pre-stellar cores. In addition, within individual PGCCs, we found clear gradients of velocity (${\sim}1km\;s^{-1}\;pc^{-1}$) and temperature (${\sim}10K\;pc^{-1}$) in the $^{13}CO$ (1-0) first moment map and the $^{12}CO$(1-0) excitation temperature map, respectively. This can be attributed to the compression and external heating by the HII region, which may prevent clumps from forming gravitationally bound structures and eventually disperse clumps. These results could be a hint about the negative effect of stellar feedback on core formation.
One of the key questions on star formation is how the organic molecules are synthesized and delivered to the planets and comets since they are the building blocks of prebiotic molecules such as amino acid, which is thought to contribute to bringing life on Earth. Recent astrochemical models and experiments have explained that complex organic molecules (COMs; molecules composed of six or more atoms) are produced on the dust grain mantles in cold and dense gas in prestellar cores. However, the chemical networks and the roles of physical conditions on chemistry are not still understood well. To address this question, hot (> 100 K) cores in high mass young stellar objects (M > 8 Msun) are great laboratories due to their strong emissions and larger samples than those of low-mass counterparts. In addition, CH3OH masers, which have been mostly found in high mass star forming regions, can provide constraints due to their very unique emerging mechanisms. We investigate twelve high mass star forming regions in ALMA band 6 observation. They are associated with 44/95 GHz Class I and 6.7 GHz Class II CH3OH masers, implying that the active accretion processes are ongoing. For these previously unresolved regions, 66 continuum peaks are detected. Among them, we found 28 cores emitting COMs and specified 10 cores associated with 6.7 GHz Class II CH3OH masers. The chemical diversity of COMs is found in cores in terms of richness and complexity; we identified up to 19 COMs including oxygen- and nitrogen-bearing molecules and their isotopologues in a core. Oxygen-bearing molecules appear to be abundant and more complex than nitrogen-bearing species. On the other hand, the COMs detection rate steeply grows with the gas column density, which can be attributed to the effective COMs formation in dense cores.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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