【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)與中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)合作取得了彗星毫米波分子譜線觀測(cè)的重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Hydrogen Cyanide in Comet C/2022 E3 (ZTF) from 3.4 mm Wave Spectra”為題發(fā)表于國(guó)際天文學(xué)期刊《天文學(xué)雜志》(The Astronomical Journal)。
彗星形成于早期太陽(yáng)系，內(nèi)部的成分提供了太陽(yáng)系形成時(shí)期的關(guān)鍵信息。而長(zhǎng)周期彗星進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系的次數(shù)更少，成分更接近于早期太陽(yáng)系的環(huán)境。彗星在進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系時(shí)，內(nèi)部的氣體冰因溫度的升高而揮發(fā)，形成彗發(fā)。而大部分有機(jī)分子的旋轉(zhuǎn)躍遷譜線的波長(zhǎng)在毫米波范圍內(nèi)，此時(shí)可以通過(guò)毫米波望遠(yuǎn)鏡對(duì)特定分子進(jìn)行探測(cè)。
研究團(tuán)隊(duì)使用中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡，在長(zhǎng)周期彗星C/2022 E3(ZTF)(此后簡(jiǎn)稱(chēng)E3)本次回歸的近日點(diǎn)(2023.01.12)和近地點(diǎn)(2023.02.03)附近，成功探測(cè)到了88.6GHz的HCN (1-0)發(fā)射線，包含三個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)，主線信噪比均在4σ左右，結(jié)果如圖1。
圖1. 彗星C/2022 E3 (ZTF) 的平均HCN (1-0) 譜線
從譜線輪廓中，團(tuán)隊(duì)得到了彗發(fā)中HCN的膨脹速度約為0.6 km/s。在Haser的均勻膨脹的球狀彗發(fā)假設(shè)下，基于經(jīng)典的輻射轉(zhuǎn)移模型計(jì)算了HCN分子的產(chǎn)率。本模型分別考慮了HCN分子與水分子和電子的碰撞激發(fā)過(guò)程，并假設(shè)激發(fā)溫度為60K。E3在近日點(diǎn)(日心距約1.11 AU)和近地點(diǎn)(日心距約1.16AU)附近的產(chǎn)率約為1025/s量級(jí)。團(tuán)隊(duì)還對(duì)比了HCN和CN自由基的產(chǎn)率關(guān)系(圖2)，HCN的光解作為CN自由基的主要來(lái)源，他們的產(chǎn)率相當(dāng)，變化趨勢(shì)也符合彗星的活動(dòng)性趨勢(shì)。根據(jù)其他研究得到的H2O產(chǎn)率，團(tuán)隊(duì)估計(jì)了在兩個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)HCN與H2O的相對(duì)豐度比穩(wěn)定在0.13%，在相同日心距下與其他長(zhǎng)周期彗星差別較小。而同在觀測(cè)波段范圍內(nèi)的HCO+(1-0)發(fā)射線并未被探測(cè)到，僅估計(jì)了上限(與H2O的相對(duì)豐度<0.08%)，說(shuō)明HCO+在彗發(fā)中的含量較低，作為其主要來(lái)源的HCOOH同樣含量較低。
圖2. 彗星C/2022 E3 (ZTF)的HCN和CN的產(chǎn)率隨日心距的演化
論文第一作者李浚岑為紫金山天文臺(tái)博士生，通訊作者分別為中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)的史建春和中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的馬月華。該工作得到國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目、國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目以及CSST空間站首批科學(xué)研究課題項(xiàng)目資助。
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