Using CO line ratios to trace the physical properties of molecular clouds
The carbon monoxide (CO) rotational transition lines are the most common tracers of molecular gas within giant molecular clouds (MCs). We study the ratio (R2–1/1–0) between CO's first two emission lines and examine what information it provides about the physical properties of the cloud. To study R2–1/1–0, we perform smooth particle hydrodynamic simulations with time-dependent chemistry (using gadget-2), along with post-process radiative transfer calculations on an adaptive grid (using radmc-3d) to create synthetic emission maps of a MC. R2–1/1–0 has a bimodal distribution that is a consequence of the excitation properties of each line, given that J = 1 reaches local thermal equilibrium while J = 2 is still sub-thermally excited in the considered clouds. The bimodality of R2–1/1–0 serves as a tracer of the physical properties of different regions of the cloud, and it helps constrain local temperatures, densities and opacities. Additionally, this bimodal structure shows an important portion of the CO emission comes from diffuse regions of the cloud, suggesting that the commonly used conversion factor of R2–1/1–0 ∼ 0.7 between both lines may need to be studied further.
Memo
- 以下のように定義されるR1-0/2-1の値をOrionで調べたところ、中心付近では
1だが外縁部では0.5だった(Sakamoto et al. 1994など)
- RADMC-3Dコードで、流体シミュレーションのスナップショットをCOの放射伝達に置き換えることができる
- 流体シミュレーションスナップとCOの放射強度を比較すると、ガスの大部分は放射によってよくトレースされているが、フィラメンタリーな構造は放射の飽和により平らに見える
- シミュレーションにおけるR1-0/2-1の値はPDFで
0.3と0.7の二つのピークを示し、0.7は観測的な値と一致しているが、これは0.7の値が高い強度の領域によるピークであるためである - 暖かくCOの少ないガスは温度平均に大きく影響するが柱密度には大きく影響しないため、柱密度に対する温度平均にはばらつきがある
- R1-0/2-1の値は物理量と相関を持ち、値が大きい視線は低温高密度なガス、値が小さい視線は高温低密度ガスをプローブする
- R1-0/2-1の高い視線は、COが光学的に厚い視線に対応している
- R1-0/2-1 ~ 0.7の領域には高密度ガス、~ 0.3の領域には低密度ガスが分布していることから、R1-0/2-1の値がどちらのピークに属しているかによってガスの物理的特性に制約を設けることができる可能性がある
(R1-0/2-1の値がM_13CO/M_12COと近しい値?二つがどのくらい近いか、またR1-0/2-1がM_13CO/M_12COの代わりに分子雲の進化段階の指標として使えないか考えたい)
(RADMC-3Dに関してはマストで習得したい)