АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2025, том 80, № 3, страницы 362–382
ГАЗОФАЗНАЯ И ПОВЕРХНОСТНАЯ ХИМИЯ В ОБЛАСТИ ОБРАЗОВАНИЯ МАССИВНЫХ ЗВЕЗД RCW 120
© 2025
К. В. Плакитина1*, М. С. Кирсанова1, Д. З. Вибе1, О. В. Кочина1
1Институт астрономии Российской академии наук, Москва, 119017 Россия
*E-mail: plakitina.kv@inasan.ru
*E-mail: plakitina.kv@inasan.ru
УДК 524.5-36-52
Поступила в редакцию 9 февраля 2025 года; после доработки 1 апреля 2025 года; принята к публикации 5 мая 2025 года
Молекулы в межзвездной среде образуются в газовой фазе и на пылевых частицах. Химические пути этого процесса изучены недостаточно детально, поэтому вопрос о преобладании какого-либо из них для той или иной молекулы остается открытым. Мы проанализировали широкополосные спектры излучения плотного молекулярного сгустка из области RCW 120, полученные на телескопе APEX в диапазоне 200–260 ГГц, чтобы изучить пути синтеза молекул в областях образования массивных звезд, находящихся на ранней стадии эволюции. Рассмотрены корреляции между наблюдаемыми лучевыми концентрациями молекул, полученными в приближении локального термодинамического равновесия (ЛТР). Обнаружено превышение содержания метанола в южной части плотного сгустка по сравнению с его северной частью при сравнимых содержаниях других молекул, например CH3CN и CH3CCH, а также относительно других кислородсодержащих молекул, например OCS и SO. Для выявления возможных причин повышенного содержания метанола в южной части облака мы провели моделирование с помощью астрохимической модели Presta в двухфазном приближении: с учетом химических процессов в газе и мантиях пылевых частиц. При величине AV от 4m до 6m метанол эффективно десорбирует из ледяных мантий пылинок в результате их взаимодействия с фотонами, но еще не разрушается ультрафиолетовым излучением в газовой фазе. Сильная линейная корреляция концентраций молекул указывает на то, что они образуются в одной фазе — либо в газе, либо на пыли. Корреляция отсутствует, если одна из молекул образуется в газе, а вторая в пылевых мантиях, как, например, CCH и CH3OH. Слабая корреляция метанола и кислородсодержащих молекул, образующихся на пыли, свидетельствует о том, что в южной части облака разрушается только верхняя часть мантий пылевых частиц, богатая СО-льдом.
Ключевые слова:
астрохимия — звезды: формирование — МЗС: молекулы — области фотодиссоциации — радиолинии: МЗС
ФинансированиеСписок литературы
Работа была поддержана Российским научным фондом, грант № 24-22-00097.
Список литературы
1. M. Agúndez, C. Cabezas, B. Tercero, et al., Astron. and Astrophys. 647, id. L10 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202140553
2. H. G. Arce, D. Shepherd, F. Gueth, et al., Protostars and Planets V, Ed. by B. Reipurth, D. Jewitt, and K. Keil, (University of Arizona Press, Tucson, 2007), p. 245. DOI:10.48550/arXiv.astro-ph/0603071
3. Z. Awad and S. Viti, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 511 (3), 3832 (2022). DOI:10.1093/mnras/stac297
4. V. Belitsky, M. Bylund, V. Desmaris, et al., Astron. and Astrophys. 611, id. A98 (2018). DOI:10.1051/0004-6361/201731883
5. H. Beuther and D. Shepherd, Astrophysics and Space Science Library, 324, p. 105 (2005). DOI:10.1007/0-387-26357-8_8
6. E. V. Borshcheva and D. S. Wiebe, Astronomy Reports 66 (5), 393 (2022). DOI:10.1134/S1063772922060014
7. A. N. Byrne, C. Xue, I. R. Cooke, et al., Astrophys. J. 957 (2), id. 88 (2023). DOI:10.3847/1538-4357/acf863
8. R. F. Ferrante, M. H. Moore, M. M. Spiliotis, and R. L. Hudson, Astrophys. J. 684 (2), 1210 (2008). DOI:10.1086/590362
9. M. Figueira, L. Bronfman, A. Zavagno, et al., Astron. and Astrophys. 616, id. L10 (2018). DOI:10.1051/0004-6361/201832930
10. G. W. Fuchs, H. M. Cuppen, S. Ioppolo, et al., Astron. and Astrophys. 505 (2), 629 (2009). DOI:10.1051/0004-6361/200810784
11. P. F. Goldsmith and W. D. Langer, Astrophys. J. 517 (1), 209 (1999). DOI:10.1086/307195
12. P. Gratier, J. Pety, E. Bron, et al., Astron. and Astrophys. 645, id. A27 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202037871
13. R. Güsten, L. Å Nyman, P. Schilke, et al., Astron. and Astrophys. 454 (2), L13 (2006). DOI:10.1051/0004-6361:20065420
14. S. V. Kalenskii and S. Kurtz, Astronomy Reports 60 (8), 702 (2016). DOI:10.1134/S1063772916080047
15. M. S. Kirsanova, Y. N. Pavlyuchenkov, A. O. H. Olofsson, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 520 (1), 751 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3737
16. M. S. Kirsanova, Y. N. Pavlyuchenkov, D. S. Wiebe, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 488 (4), 5641 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz2048
17. M. S. Kirsanova, S. V. Salii, S. V. Kalenskii, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 503 (1), 633 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab499
18. O. V. Kochina and D. S. Wiebe, Astronomy Letters 50 (1), 70 (2024). DOI:10.1134/S1063773724600139
19. O. V. Kochina, D. S. Wiebe, S. V. Kalenskii, and A. I. Vasyunin, Astronomy Reports 57 (11), 818 (2013). DOI:10.1134/S1063772913110036
20. O. V. Kochina, D. S. Wiebe, Y. Pavlyuchenkov, and M. S. Kirsanova, in preparation (2025).
21. J. G. Mangum and Y. L. Shirley, Publ. Astron. Soc. Pacific 127 (949), 266 (2015). DOI:10.1086/680323
22. S. Maret, P. Hily-Blant, J. Pety, et al., Astron. and Astrophys. 526, id. A47 (2011). DOI:10.1051/0004-6361/201015487
23. H. S. P. Müller, S. Thorwirth, D. A. Roth, and G. Winnewisser, Astron. and Astrophys. 370, L49 (2001). DOI:10.1051/0004-6361:20010367
24. M. S. Murga, M. S. Kirsanova, A. I. Vasyunin, and Y. N. Pavlyuchenkov, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 497 (2), 2327 (2020). DOI:10.1093/mnras/staa2026
25. M. S. Murga, A. I. Vasyunin, and M. S. Kirsanova, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 519 (2), 2466 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3656
26. K. I. Öberg and E. A. Bergin, Physics Reports 893, 1 (2021). DOI:10.1016/j.physrep.2020.09.004
27. J. H. Orkisz, J. Pety, M. Gerin, et al., Astron. and Astrophys. 599, id. A99 (2017). DOI:10.1051/0004-6361/201629220
28. J. Pety, V. V. Guzmán, J. H. Orkisz, et al., Astron. and Astrophys. 599, id. A98 (2017). DOI:10.1051/0004-6361/201629862
29. J. Pety, D. Teyssier, D. Fossé, et al., Astron. and Astrophys. 435 (3), 885 (2005). DOI:10.1051/0004-6361:20041170
30. K. V. Plakitina, M. S. Kirsanova, S. V. Kalenskii, et al., Astrophysical Bulletin 79 (2), 235 (2024). DOI:10.1134/S1990341324600455
31. A. Punanova, A. Vasyunin, P. Caselli, et al., Astrophys. J. 927 (2), id. 213 (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac4e7d
32. J. M. Rathborne, J. S. Whitaker, J. M. Jackson, et al., Publ. Astron. Soc. Australia 33, id. e030 (2016). DOI:10.1017/pasa.2016.23
33. J. C. Santos, M. L. van Gelder, P. Nazari, et al., Astron. and Astrophys. 689, id. A248 (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202450736
34. D. Semenov and D. Wiebe, Astrophys. J. Suppl. 196 (2), article id. 25 (2011). DOI:10.1088/0067-0049/196/2/25
35. E. F. van Dishoeck, L. E. Kristensen, J. C. Mottram, et al., Astron. and Astrophys. 648, id. A24 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039084
36. M. A. Voronkov, J. L. Caswell, S. P. Ellingsen, et al., Proc. IAU Symp. No. 287, Ed. by R. S. Booth, W. H. T. Vlemmings, and E. M. L. Humphreys (Cambridge University Press, Cambridge, 2012), pp. 433–440. DOI:10.1017/S174392131200748X
37. M. A. Voronkov, J. L. Caswell, S. P. Ellingsen, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 439 (3), 2584 (2014). DOI:10.1093/mnras/stu116
38. N. Watanabe and A. Kouchi, Astrophys. J. 571 (2), L173 (2002). DOI:10.1086/341412
39. D. S. Wiebe, T. S. Molyarova, V. V. Akimkin, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 485 (2), 1843 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz512
40. I. Zinchenko, S. Y. Liu, Y. N. Su, et al., Astrophys. J. 810 (1), article id. 10 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/810/1/10
2. H. G. Arce, D. Shepherd, F. Gueth, et al., Protostars and Planets V, Ed. by B. Reipurth, D. Jewitt, and K. Keil, (University of Arizona Press, Tucson, 2007), p. 245. DOI:10.48550/arXiv.astro-ph/0603071
3. Z. Awad and S. Viti, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 511 (3), 3832 (2022). DOI:10.1093/mnras/stac297
4. V. Belitsky, M. Bylund, V. Desmaris, et al., Astron. and Astrophys. 611, id. A98 (2018). DOI:10.1051/0004-6361/201731883
5. H. Beuther and D. Shepherd, Astrophysics and Space Science Library, 324, p. 105 (2005). DOI:10.1007/0-387-26357-8_8
6. E. V. Borshcheva and D. S. Wiebe, Astronomy Reports 66 (5), 393 (2022). DOI:10.1134/S1063772922060014
7. A. N. Byrne, C. Xue, I. R. Cooke, et al., Astrophys. J. 957 (2), id. 88 (2023). DOI:10.3847/1538-4357/acf863
8. R. F. Ferrante, M. H. Moore, M. M. Spiliotis, and R. L. Hudson, Astrophys. J. 684 (2), 1210 (2008). DOI:10.1086/590362
9. M. Figueira, L. Bronfman, A. Zavagno, et al., Astron. and Astrophys. 616, id. L10 (2018). DOI:10.1051/0004-6361/201832930
10. G. W. Fuchs, H. M. Cuppen, S. Ioppolo, et al., Astron. and Astrophys. 505 (2), 629 (2009). DOI:10.1051/0004-6361/200810784
11. P. F. Goldsmith and W. D. Langer, Astrophys. J. 517 (1), 209 (1999). DOI:10.1086/307195
12. P. Gratier, J. Pety, E. Bron, et al., Astron. and Astrophys. 645, id. A27 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202037871
13. R. Güsten, L. Å Nyman, P. Schilke, et al., Astron. and Astrophys. 454 (2), L13 (2006). DOI:10.1051/0004-6361:20065420
14. S. V. Kalenskii and S. Kurtz, Astronomy Reports 60 (8), 702 (2016). DOI:10.1134/S1063772916080047
15. M. S. Kirsanova, Y. N. Pavlyuchenkov, A. O. H. Olofsson, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 520 (1), 751 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3737
16. M. S. Kirsanova, Y. N. Pavlyuchenkov, D. S. Wiebe, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 488 (4), 5641 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz2048
17. M. S. Kirsanova, S. V. Salii, S. V. Kalenskii, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 503 (1), 633 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab499
18. O. V. Kochina and D. S. Wiebe, Astronomy Letters 50 (1), 70 (2024). DOI:10.1134/S1063773724600139
19. O. V. Kochina, D. S. Wiebe, S. V. Kalenskii, and A. I. Vasyunin, Astronomy Reports 57 (11), 818 (2013). DOI:10.1134/S1063772913110036
20. O. V. Kochina, D. S. Wiebe, Y. Pavlyuchenkov, and M. S. Kirsanova, in preparation (2025).
21. J. G. Mangum and Y. L. Shirley, Publ. Astron. Soc. Pacific 127 (949), 266 (2015). DOI:10.1086/680323
22. S. Maret, P. Hily-Blant, J. Pety, et al., Astron. and Astrophys. 526, id. A47 (2011). DOI:10.1051/0004-6361/201015487
23. H. S. P. Müller, S. Thorwirth, D. A. Roth, and G. Winnewisser, Astron. and Astrophys. 370, L49 (2001). DOI:10.1051/0004-6361:20010367
24. M. S. Murga, M. S. Kirsanova, A. I. Vasyunin, and Y. N. Pavlyuchenkov, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 497 (2), 2327 (2020). DOI:10.1093/mnras/staa2026
25. M. S. Murga, A. I. Vasyunin, and M. S. Kirsanova, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 519 (2), 2466 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3656
26. K. I. Öberg and E. A. Bergin, Physics Reports 893, 1 (2021). DOI:10.1016/j.physrep.2020.09.004
27. J. H. Orkisz, J. Pety, M. Gerin, et al., Astron. and Astrophys. 599, id. A99 (2017). DOI:10.1051/0004-6361/201629220
28. J. Pety, V. V. Guzmán, J. H. Orkisz, et al., Astron. and Astrophys. 599, id. A98 (2017). DOI:10.1051/0004-6361/201629862
29. J. Pety, D. Teyssier, D. Fossé, et al., Astron. and Astrophys. 435 (3), 885 (2005). DOI:10.1051/0004-6361:20041170
30. K. V. Plakitina, M. S. Kirsanova, S. V. Kalenskii, et al., Astrophysical Bulletin 79 (2), 235 (2024). DOI:10.1134/S1990341324600455
31. A. Punanova, A. Vasyunin, P. Caselli, et al., Astrophys. J. 927 (2), id. 213 (2022). DOI:10.3847/1538-4357/ac4e7d
32. J. M. Rathborne, J. S. Whitaker, J. M. Jackson, et al., Publ. Astron. Soc. Australia 33, id. e030 (2016). DOI:10.1017/pasa.2016.23
33. J. C. Santos, M. L. van Gelder, P. Nazari, et al., Astron. and Astrophys. 689, id. A248 (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202450736
34. D. Semenov and D. Wiebe, Astrophys. J. Suppl. 196 (2), article id. 25 (2011). DOI:10.1088/0067-0049/196/2/25
35. E. F. van Dishoeck, L. E. Kristensen, J. C. Mottram, et al., Astron. and Astrophys. 648, id. A24 (2021). DOI:10.1051/0004-6361/202039084
36. M. A. Voronkov, J. L. Caswell, S. P. Ellingsen, et al., Proc. IAU Symp. No. 287, Ed. by R. S. Booth, W. H. T. Vlemmings, and E. M. L. Humphreys (Cambridge University Press, Cambridge, 2012), pp. 433–440. DOI:10.1017/S174392131200748X
37. M. A. Voronkov, J. L. Caswell, S. P. Ellingsen, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 439 (3), 2584 (2014). DOI:10.1093/mnras/stu116
38. N. Watanabe and A. Kouchi, Astrophys. J. 571 (2), L173 (2002). DOI:10.1086/341412
39. D. S. Wiebe, T. S. Molyarova, V. V. Akimkin, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 485 (2), 1843 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz512
40. I. Zinchenko, S. Y. Liu, Y. N. Su, et al., Astrophys. J. 810 (1), article id. 10 (2015). DOI:10.1088/0004-637X/810/1/10
Gas-phase and Surface Chemistry in the Massive Star-Forming Region RCW 120
© 2025
K. V. Plakitina1*, M. S. Kirsanova1, D. S. Wiebe1, and O. V. Kochina1
1Institute of Astronomy of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 119017 Russia
*E-mail: plakitina.kv@inasan.ru
*E-mail: plakitina.kv@inasan.ru
Molecules in the interstellar medium form both in the gas phase and on dust particles. The chemical pathways for molecular formation are not yet well understood in detail, so the question of which pathway predominates for a particular molecule remains open. We analysed broadband emission spectra of a dense molecular clump in the RCW 120 region, obtained with the APEX telescope in the 200–260 GHz range, to investigate molecular formation pathways in regions of massive star formation at an early evolutionary stage. The correlations between the derived molecular column densities, obtained under the LTE assumption, were investigated. An excess of methanol was found in the southern part of the dense clump compared to its northern part, while the abundance of other molecules, such as CH3CN and CH3CCH, remain comparable. The methanol abundance is also elevated relative to other oxygen-bearing molecules, such as OCS and SO. To identify possible causes of the enhanced methanol abundance in the southern part of the clump, we conducted simulations using the astrochemical model Presta in a two-phase approximation, accounting for chemical processes in both the gas phase and the mantles of dust grains. Modelling showed that the enhanced methanol abundance in the gas phase may be due to its photodesorption from icy mantles. At an AV value between 4m to 6m, methanol efficiently desorbs from ice mantles of dust grains upon interaction with photons, but it is not yet destroyed by UV radiation in the gas phase. A strong linear correlation between molecular column densities indicates that these molecules form in the same phase—either in the gas phase or on dust. However, integrated intensity maps of these molecules may differ, as seen for CCH and CH3CN. If molecules form in different phases-one in the gas phase and the other in dust mantles-no correlation is observed, as seen with CCH and CH3OH. The weak correlation between methanol and oxygen-bearing molecules that formon dust suggests that only the upper part of dust mantles, rich in CO ice, is being destroyed in the southern part of the clump.
Keywords:
astrochemistry—stars: formation—ISM: molecules—photodissociation regions—radio lines: ISM
К содержанию номера