天文学家首次探测到碳/氧离子的射电重组线（RRLs）

来源：cnBeta 　2023-03-09 10:43:16

中国科学院上海天文台的一个研究小组有史以来第一次利用天马65米射电望远镜（TMRT）成功探测到比氦气更重的离子的射电重组线（RRLs）。这些线被确定为属于碳和/或氧离子。这些发现最近发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

【资料图】

白线表示TMRT检测到的C和/或O的离子的RRLs。绿色区域是离子RRLs的模拟发射。绿色虚线是考虑到所有RLLs和分子线的模拟发射。背景是心形猎户座星云（M42）的图像，猎户座KL位于M42的左下方明亮区域内。

电离气体是星际气体中分布最广泛的成分，也是确定元素丰度的宝贵工具。无线电重组线（RRLs）可以避免光学线观测的困难，因为RRLs通常是光学上很薄的，并且有很好理解的发射机制。

然而，迄今为止，探测到的RRL发射体几乎都是中性原子。以前只报道过行星状星云中氦离子的两个RRL转变（121α和115α）。线路混合使得比氦气更重的原子的RRLs难以从光谱上区分。相比之下，离子的RRLs通常不会与中性原子的RRLs混合，这使得前者成为测量丰度的更有力的工具。

研究人员在搜索星际发射线时有了这个新的发现，这也是正在进行的TMRT光谱线调查的一部分，该调查面向猎户座KL。在识别猎户座KL的Ka波段（26-35GHz）谱线时，他们发现了几个宽阔的谱线特征，这些谱线不能被分配给任何分子物种或原子的RRLs。

"这些线特征的强度很弱，但由于光谱的高灵敏度，已经足够显著，可以被区分出来。由于它们的线宽与H/He RRLs相似，我们意识到这些线特征可能是离子的RRLs，"上海天文台Liu Xunchuan博士说，他是该研究的通讯作者和第一作者。

为了证实这一点，天文学家使用TMRT进行了后续的Ku波段（12-18GHz）观测，以寻找预期频率的离子RRLs信号，结果又探测到了8条离子的α线（RRLs，Δn=1）。

此外，他们还发现了Q波段的α线和Ka波段的β线（Δn=2）的边缘信号。他们比较了在不同日子里获得的光谱，发现在对地球运动进行校正后，线条特征的频率保持不变，证实了离子RRLs来自太空。

TMRT总共探测到几十个星际离子的RRL，其中许多没有与分子的任何转变相混合，也没有与原子的RRL相混合。TMRT探测到的线条比氦离子RRLs的预期频率要蓝20多公里/秒，因此被分配给比氦更重的离子。与这些离子RRL相关的双电离元素的丰度被准确地确定为万分之8.8，这与从光学/红外观测中估计的碳/氧的值一致。

以前，RRLs通常被定义为无线电谱线，由原子的高n级转换引起，在单电离离子和电子重新结合后出现。但是现在，研究人员已经同时检测到了几十个未混合的离子RRLs。

来自德克萨斯大学奥斯汀分校的尼尔-J-埃文斯二世教授说："这样一种新技术对于研究碳和氧的丰度非常有价值，它们是一氧化碳和星际复杂有机分子的最重要成分，在银河系内部，光学观测非常困难。"

上海天文台的研究人员认为TMRT的这个新发现是众多发现中的第一个。"正在进行的对猎户座KL和其他银河系天体的TMRT谱线调查将达到前所未有的谱线灵敏度，这将导致更多的新发现，如重离子的RRLs，分子线的新转变，甚至新的分子种类，"上海天文台的研究员和该研究的共同通讯作者Liu Tie说。

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