A survey of high mass star forming regions in the line of singly deuterated ammonia NH2D

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Present survey is a continuation of our research of high mass star forming regions in the lines of deuterated molecules, the first results of which were published in [1]. This paper presents the results of observations of 50 objects in the line of ortho modification of singly deuterated ammonia NH 2 D 111s-101a at frequency 85.9 GHz, carried out with the 20-m radio telescope of the Onsala Space Observatory (Sweden). This line is detected in 29 sources. The analysis of obtained data, as well as the fact that gas density in the investigated sources, according to independent estimates, is significantly lower than the critical density for this NH 2 D transition, indicate non-LTE excitation of NH 2 D. Based on non-LTE modeling estimates of the relative content of the NH 2 D molecule and the degree of deuterium enrichment were obtained, and the dependencies of these parameters on temperature and velocity dispersion were analyzed with and without taking into account detection limits assuming the same gas density in all sources. An anticorrelation between the NH 2 D relative abundances and the kinetic temperature is revealed in the temperature range 15–50 K. At the same time, significant decrease in the ratio of the NH 2 D/NH 3 abundances with increasing temperature, predicted by the available chemical models, is not observed under the adopted assumptions. An anti-correlation was also revealed between the relative content of the main isotopologue of ammonia NH 3 and the velocity dispersion, while no statistically significant correlation with the kinetic temperature of sources in the same temperature range was found.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. A. Trofimova

Federal Research Center A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tea@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

I. I. Zinchenko

Federal Research Center A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: zin@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

P. M. Zemlyanukha

Federal Research Center A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: petez@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod

M. Thomasson

Chalmers University of Technology

Email: magnus.thomasson@chalmers.se

Onsala Space Observatory

Sweden, Onsala

References

  1. E. A. Trofimova, I. I. Zinchenko, P. M. Zemlyanukha, and M. Thomasson, Astron. Rep. 64(3), 244 (2020).
  2. E. Roueff, B. Parise, and E. Herbst, Astron. and Astrophys. 464, 245 (2007).
  3. T. Pillai, F. Wyrowski, J. Hatchell, A. G. Gibb, and M. A. Thompson, Astron. and Astrophys. 467, 207 (2007), arXiv:astro-ph/0702548.
  4. T. Pillai, J. Kauffmann, F. Wyrowski, J. Hatchell, A. G. Gibb, and M. A. Thompson, Astron. and Astrophys. 530, id. A118 (2011), arXiv:1105.0004 [astro-ph.GA].
  5. F. Fontani, A. Palau, P. Caselli, Á. Sánchez-Monge, et al., Astron. and Astrophys. 529, id. L7 (2011), arXiv:1103.5636 [astro-ph.SR].
  6. O. Miettinen, M. Hennemann, and H. Linz, Astron. and Astrophys. 534, id. A134 (2011), arXiv:1108.5691 [astro-ph.GA].
  7. T. Gerner, Y. L. Shirley, H. Beuther, D. Semenov, H. Linz, T. Albertsson, and T. Henning, Astron. and Astrophys. 579, id. A80 (2015), arXiv:1503.06594 [astro-ph.GA].
  8. M. Wienen, F. Wyrowski, C. M. Walmsley, T. Csengeri, T. Pillai, A. Giannetti, and K. M. Menten, Astron. and Astrophys. 649, id/ A21 (2021), arXiv:2102.04478 [astro-ph.GA].
  9. E. Roueff, D. C. Lis, F. F. S. van der Tak, M. Gerin, and P. F. Goldsmith, Astron. and Astrophys. 438(2), 585 (2005), arXiv:astro-ph/0504445.
  10. J. G. A. Wouterloot and J. Brand, Astron. and Astrophys. Suppl. Ser. 80, 149 (1989).
  11. F. Daniel, L. H. Coudert, A. Punanova, J. Harju, et al., Astron. and Astrophys. 586, id. L4 (2016), arXiv:1601.00162 [astro-ph.GA].
  12. S. Tiné, E. Roueff, E. Falgarone, M. Gerin, and G. Pineau des Forêts, Astron. and Astrophys. 356, 1039 (2000).
  13. L. H. Coudert and E. Roueff, Astron. and Astrophys. 449(2), 855 (2006).
  14. F. F. S. van der Tak, J. H. Black, F. L. Schöier, D. J. Jansen, and E. F. van Dishoeck, Astron. and Astrophys. 468, 627 (2007), arXiv:0704.0155 [astro-ph].
  15. T. Isobe and E. D. Feigelson, Bull. Amer. Astron. Soc. 22, 917 (1990).
  16. M. P. Lavalley, T. Isobe, and E. D. Feigelson, Bull. Amer. Astron. Soc. 24, 839 (1992).
  17. W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, and B. P. Flannery, Numerical Recipes 3rd Edition: The Art of Scientific Computing, 3rd Edition (Cambridge University Press, 2007), http://www.amazon.com/ Numerical-Recipes-3rd-Scientific-Computing/dp/0521880688/ref=sr_1_1?ie=UTF8& s=books&qid=1280322496&sr=8-1.
  18. A. G. Pazukhin, I. I. Zinchenko, E. A. Trofimova, C. Henkel, and D. A. Semenov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 526(3), 3673 (2023), arXiv:2309.16510 [astro-ph.GA].
  19. S. Y. Malafeev, I. I. Zinchenko, L. E. Pirogov, and L. E. B. Johansson, Astron. Letters 31, 239 (2005).
  20. L. E. Pirogov, V. M. Shul’ga, I. I. Zinchenko, P. M. Zemlyanukha, A. N. Patoka, and M. Thomasson, Astron. Rep. 60, 904 (2016), arXiv:1608.08446 [astro-ph.GA].
  21. K. Schreyer, T. Henning, C. Koempe, and P. Harjunpaeae, Astron. and Astrophys. 306, 267 (1996).
  22. L. E. Pirogov and I. I. Zinchenko, Astron. Rep. 37, 484 (1993).
  23. J. Harju, C. M. Walmsley, and J. G. A. Wouterloot, Astron. and Astrophys. Suppl. Ser. 98, 51 (1993).
  24. J. Jijina, P. C. Myers, and F. C. Adams, Astrophys. J. Suppl. 125, 161 (1999) .
  25. T. Pillai, F. Wyrowski, S. J. Carey, and K. M. Menten, Astron. and Astrophys. 450, 569 (2006), arXiv:astro-ph/0601078.
  26. I. Zinchenko, P. Caselli, and L. Pirogov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 395, 2234 (2009), arXiv:0903.1209 [astro-ph.GA].
  27. I. Zinchenko, T. Henning, and K. Schreyer, Astron. and Astrophys. Suppl. Ser. 124, 385 (1997).
  28. A. G. Pazukhin, I. I. Zinchenko, E. A. Trofimova, and C. Hen kel, Astron. Rep. 66(12), 1302 (2022), arXiv:2211.14063 [astro-ph.GA].
  29. J. M. Torrelles, P. T. P. Ho, J. M. Moran, L. F. Rodriguez, and J. Canto, 307, 787 (1986).
  30. F. C. Li, Y. Xu, Y. W. Wu, J. Yang, D. R. Lu, K. M. Menten, and C. Henkel, Astron. J. 152(4), id. 92 (2016), arXiv:1608.04251 [astro-ph.GA].
  31. I. I. Zinchenko, A. G. Pazukhin, E. A. Trofimova, P. M. Zem lyanukha, C. Henkel, and M. Thomasson, The Multifaceted Universe: Theory and Observations–2022, held 23–27 May 2022, SAO RAS, Nizhny Arkhyz, Russia; PoS(MUTO2022), 425, id. 038 (2022) https://pos.sissa.it/cgi-bin/reader/conf.cgi?confid=425, id.38 .
  32. L. E. Pirogov and I. I. Zinchenko, Astron. Rep. 52(12), 963 (2008), arXiv:0903.4280 [astro-ph.GA].
  33. L. Pirogov, Res. Astron. and Astrophys. 18(8), id. 100 (2018), 1804.05600.
  34. Y. L. Shirley, Publ. Astron. Soc. Pacific 127(949), 299 (2015), arXiv:1501.01629 [astro-ph.IM].
  35. S. Feng, P. Caselli, K. Wang, Y. Lin, H. Beuther, and O. Sipilä, 883(2), id. 202 (2019), arXiv:1909.00209 [astro-ph.GA].
  36. S. Guilloteau and A. Baudry, Astron. and Astrophys. 97(1), 213 (1981).
  37. I. I. Zinchenko and L. E. Pirogov, Soviet Astron. 31, 254 (1987).
  38. J. R. Goicoechea, F. Lique, and M. G. Santa-Maria, Astron. and Astrophys. 658, id. A28 (2022), arXiv:2111.03609 [astro-ph.GA].
  39. J. Stutzki and G. Winnewisser, Astron. and Astrophys. 144, 13 (1985).
  40. G. Busquet, A. Palau, R. Estalella, J. M. Girart, Á. Sánchez-Monge, S. Viti, P. T. P. Ho, and Q. Zhang, Astron. and Astrophys. 517, id. L6 (2010), arXiv:1006.4280 [astro-ph.GA].
  41. O. Sipilä, J. Harju, P. Caselli, and S. Schlemmer, Astron. and Astrophys. 581, id. A122 (2015), arXiv:1507.02856 [astro-ph.GA].
  42. F. Fontani, G. Busquet, A. Palau, P. Caselli, Á. Sánchez-Monge, J. C. Tan, and M. Audard, Astron. and Astrophys. 575, id. A87 (2015), arXiv:1410.7232 [astro-ph.SR].
  43. I. Zinchenko, C. Henkel, and R. Q. Mao, Astron. and Astrophys. 361, 1079 (2000).
  44. M. A. Frerking, W. D. Langer, and R. W. Wilson, 262, 590 (1982).
  45. T. L. Wilson and R. Rood, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 32, 191 (1994).
  46. T. Liu, Y. Wu, and H. Zhang, 775, id. L2 (2013), arXiv:1306.0046 [astro-ph.SR].
  47. M. Kohno, T. Omodaka, T. Handa, J. O. Chibueze, et al., Publ. Astron. Soc. Japan 74(3), 545 (2022), arXiv:2202.01518 [astro-ph.GA].
  48. T. Isobe, E. D. Feigelson, and P. I. Nelson, 306, 490 (1986).
  49. Y. Li, J. Wang, J. Li, S. Liu, and Q. Luo, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 512(4), 4934 (2022), arXiv:2204.12299 [astro-ph.GA].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Spectra of sources with registered NH 2 D lines. The upper scale in the figures shows V LSR in km/s.

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Spectra of sources where NH 2 D lines were not detected. The upper scale in the figures shows V LSR in km/s.

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Comparison of the line width of singly deuterated ammonia NH 2 D and the average width of narrow lines in the source < ∆ V > . The solid line corresponds to < ∆ V > = ∆ V (NH 2 D) , the dashed line to < ∆ V > = 1.52 ∆ V (NH 2 D) .

Download (154KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the relative content of singly deuterated ammonia NH 2 D on the kinetic temperature of the source for a gas density of n = 10 4 cm –3 . Circles are measured values, triangles are detection limits of NH 2 D. The solid line is the linear regression line taking into account the limits, the dashed line is the linear regression line without taking into account the limits.

Download (77KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the relative content of singly deuterated ammonia NH 2 D on the line width for a gas density of n = 10 4 cm –3 . Circles are measured values, triangles are detection limits of NH 2 D. The solid line is the linear regression line taking into account the limits.

Download (86KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the ratio of the beam concentrations of singly deuterated mmonia NH 2 D and the non-deuterated fraction NH 3 on the kinetic temperature of the source for a gas density of n = 10 4 cm –3 . Circles are measured values, triangles are the detection limits of NH 2 D. The curve shows the model dependence of the ratio N (NH 2 D)/ N (NH 3 ) on the kinetic temperature of the source T kin according to [2].

Download (78KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the ratio of the line concentrations of singly deuterated ammonia NH 2 D and the non-deuterated fraction NH 3 on the line width for a gas density of n = 10 4 cm –3 . Circles are measured values, triangles are detection limits of NH 2 D.

Download (92KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the relative content of ammonia NH 3 on the kinetic temperature of the source.

Download (56KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependence of the relative content of ammonia NH 3 on the line width. The solid line is the linear regression line.

Download (84KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».