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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2507.01612 (astro-ph)
[提交于 2025年7月2日 ]

标题: 弱宇宙射线加热事件对$\rm H_2$脱附的影响

标题: The Effect of Weak Cosmic Ray Heating Events on the Desorption of $\rm H_2$

Authors:O. Sipilä, K. Silsbee, N. Carbajal, P. Caselli, M. Padovani
摘要: 星际冰中分子氢(${\rm H_2}$)的典型含量尚不清楚,但预计不会发生大量的${\rm H_2}$在尘埃颗粒上的冻结。 然而,化学模型普遍预测在致密云条件下会有大量$\rm H_2$的冻结,需要专门的处理来控制颗粒上的$\rm H_2$数量。 在这里,我们提出一个数值解吸模型,其中包含了由宇宙射线(CRs)引起的弱加热事件的影响,这些事件以高频率将颗粒加热到几十开尔文的温度,这改进了之前仅考虑强加热事件(颗粒最高温度接近 100 K)且发生频率较低的解吸模型。 几十开尔文的温度足以引发$\rm H_2$的有效解吸,但我们发现即使这些弱加热事件也不够频繁,无法导致显著的$\rm H_2$解吸。 考虑到弱加热事件确实会影响其他轻度结合物种的预测丰度,但这种影响仅限于低柱密度。 我们在这里做出规范假设,即颗粒是球形的,半径为0.1 $\mu$m。在颗粒尺寸分布的情况下,弱加热事件可能有助于来自小颗粒的 $\rm H_2$ 脱附,这些小颗粒数量最多。 仍需进一步研究以更好地量化宇宙射线在 $\rm H_2$ 及其他弱结合物质脱附中的作用。
摘要: The typical amount of molecular hydrogen (${\rm H_2}$) in interstellar ices is not known, but significant freeze-out of ${\rm H_2}$ on dust grains is not expected. However, chemical models ubiquitously predict large amounts of $\rm H_2$ freeze-out in dense cloud conditions, and specialized treatments are needed to control the $\rm H_2$ population on grains. Here we present a numerical desorption model where the effect of weak heating events induced by cosmic rays (CRs) that heat grains to temperatures of a few tens of Kelvin at high frequencies is included, improving upon earlier desorption models that only consider strong heating events (maximum grain temperature close to 100 K) that occur at a low frequency. A temperature of a few tens of Kelvin is high enough to induce efficient desorption of $\rm H_2$, but we find that even the weak heating events do not occur often enough to lead to significant $\rm H_2$ desorption. Taking the weak heating events into account does affect the predicted abundances of other lightly-bound species, but the effect is restricted to low column densities. We make here the canonical assumption that the grains are spherical with a radius of 0.1 $\mu$m. It is conceivable that in the case of a grain size distribution, weak heating events could provide a boost to $\rm H_2$ desorption coming off small grains, which are the most numerous. Further studies are still required to better quantify the role of CRs in the desorption of $\rm H_2$ and other weakly bound species.
评论: 已接受发表于ApJ
主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2507.01612 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2507.01612v1 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.01612
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Olli Sipilä [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 2 日 11:30:10 UTC (1,603 KB)
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