Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Явление обогащения молекулярного газа дейтерированными изотопологами молекул в холодной межзвездной среде (фракционирование дейтерия) хорошо известно. Оно связано с экзотермичностью реакций замены протона дейтроном в молекулах, которые лежат в основе цепочек химических реакций, ведущих к образованию большинства других молекул. Кроме этого, важную роль играет вымораживание на пылинках некоторых молекул, например СО, которые разрушают H2D+, а также уменьшение при этом степени ионизации газа, что снижает скорость рекомбинации H2D+. Этот эффект особенно заметен в холодных облаках (T ~ 10 K), где образуются звезды небольшой массы. С ростом температуры он должен ослабевать, поэтому считается, что в областях образования массивных звезд, где температура выше, он должен быть существенно слабее. Его исследования в таких областях очень ограничены. Тем не менее, имеются данные наблюдений, в том числе и полученные нами, которые показывают, что и в областях образования массивных звезд данный эффект для некоторых молекул остается весьма значительным. Данный проект нацелен на детальные исследования этого эффекта в таких областях на основе анализа недавно полученных нами наблюдательных данных. Они включают в себя следующее. Проведенный нами в 2017--2018 годах обзор нескольких десятков областей образования массивных звезд в линиях ряда дейтерированных молекул в диапазоне длин волн 3-4 мм на 20-м радиотелескопе Обсерватории Онсала (Швеция). Всего были исследованы 53 объекта. В 2019 году при помощи 30-м радиотелескопа Института миллиметровой астрономии (IRAM) были проведены наблюдения пяти областей образования массивных звезд (L1287, S187, S231, DR21(OH), NGC7538) на длинах волн 2 и 3-4 мм. Наблюдения включали переходы J=1−0 и 2−1 молекул DCO+, DCN, DNC и переходы J=1-0 H13CO+, H13CN, HN13C, а также 1_11−1_01 NH2D. При помощи 100-м радиотелескопа Института радиоастрономии Общества Макса Планка в Эффельсберге были проведены наблюдения линий аммиака (J,K)=(1,1) и (2,2) в нескольких источниках. Были выполнены оценки физических параметров источников (температуры, плотности) на основе обработки и анализа имеющихся данных. Кинетическая температура определялась по переходам J=5−4 и 9−8 (К=0-3) CH3CCH методом вращательных диаграмм, а также по наблюдениям переходов (1,1) и (2,2) NH3. В ходе работы нами была выявлена корреляция отношения интегральных интенсивностей переходов J=1−0 H13CN и HN13C с кинетической температурой. В дальнейшем эта корреляция была также использована для оценок кинетической температуры газа в источниках. Для расчета концентрации газа была использована программа RADEX, которая применяется для расчета интенсивностей атомных и молекулярных линий в однородной среде, на основе расчетов статистического равновесия с участием столкновительных и радиационных процессов и с учетом фонового излучения, используя понятие вероятности выхода фотонов. Лучевые концентрации молекул были получены в предположении условий отличных от ЛТР, для этого была также использована программа RADEX. С использованием полученных оценок лучевых концентраций молекул, степени обогащения дейтерием, температуры и ширины линий в источниках проводился анализ наличия корреляций между этими параметрами. При анализе данных обзора NH2D в Онсала были применены статистические методы анализа с учетом данных, представленных верхними и нижними пределами. Основные результаты данного этапа проекта заключаются в следующем. Обнаружена связь отношения интегральных интенсивностей молекул H13CN, HN13C и кинетической температуры. Отношение интенсивностей растет от 1 до 10 в диапазоне температур ~15-45 К. Поскольку эти линии можно обнаружить при наблюдениях большинства источников, полученные результаты позволяют предложить использование отношения интенсивностей H13CN/HN13C как возможный индикатор температуры межзвездных облаков. По нашим оценкам температура газа в источниках составляет ≈20−40 K, плотность газа в источниках составляет ∼10^4−10^6 см^−3. По результатам нашего анализа данных наблюдений на 30-м радиотелескопе IRAM типичные лучевые концентрации дейтерированных молекул составляют ∼10^12 см^−2, лучевые концентрации недейтерированных аналогов составляют ∼10^14 см^−2. Для NH3 и NH2D меньшая разница и оценки составляют ∼10^14 и ∼10^13 см^−2 соответственно. Типичные значения степени обогащения газа дейтерием Dfrac=N(DX)/N(HX) составляют ∼10^−3 в областях, где находится пик излучения в континууме и температура выше, или излучение (например, DCO+) вовсе не наблюдается. Далее по мере уменьшения температуры доля дейтерия растет и составляет ∼10^−2. Но это поведение различно для разных молекул. По данным обзора областей образования массивных звезд в линии орто-NH2D на 20-м радиотелескопе в Онсала типичные лучевые концентрации NH2D составляют ∼10^13 см^−2. Разброс отношения содержаний NH2D/NH3 в исследуемых объектах составляет от 1.1×10−3 до 1.8×10−1 для предполагаемой концентрации газа 3×10^4 см−3 и от 2.4×10−4 до 2.9×10−2 для концентрации газа 1×10^6 см−3. Результаты обзора областей образования массивных звезд в линии орто-NH2D на 20-м радиотелескопе в Онсала показывают статистически значимую анти-корреляцию между относительным содержанием NH2D и температурой. Это относительное содержание падает примерно на порядок величины (от ~4x10^-10 до ~3x10^-11) при росте температуры от ~15 К до ~50 К. При этом степень обогащения дейтерием, т.е. отношение NH2D/NH3 практически не меняется. Анализ опубликованных данных по NH3 показал наличие аналогичной анти-корреляции между относительным содержанием NH3 и температурой. Анализ данных наблюдений нескольких источников на 30-м радиотелескопе IRAM показывает, что степень обогащения дейтерием для HCN, HNC и HCO+ уменьшается с ростом температуры, но по разному. Наиболее резкое падение наблюдается для HCO+.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Явление обогащения молекулярного газа дейтерированными изотопологами молекул в холодной межзвездной среде (фракционирование дейтерия) хорошо известно. Оно связано с экзотермичностью реакций замены протона дейтроном в молекулах, которые лежат в основе цепочек химических реакций, ведущих к образованию большинства других молекул. Кроме этого, важную роль играет вымораживание на пылинках некоторых молекул, например СО, которые разрушают H2D+, а также уменьшение при этом степени ионизации газа, что снижает скорость рекомбинации H2D+. Этот эффект особенно заметен в холодных облаках (T ~ 10 K), где образуются звезды небольшой массы. С ростом температуры он должен ослабевать, поэтому считается, что в областях образования массивных звезд, где температура выше, он должен быть существенно слабее. Его исследования в таких областях очень ограничены. Тем не менее, имеются данные наблюдений, в том числе и полученные нами, которые показывают, что и в областях образования массивных звезд данный эффект для некоторых молекул остается весьма значительным. Данный проект нацелен на детальные исследования этого эффекта в таких областях на основе анализа недавно полученных нами наблюдательных данных. Они включают в себя следующее. Проведенный нами в 2017--2018 годах обзор нескольких десятков областей образования массивных звезд в линиях ряда дейтерированных молекул в диапазоне длин волн 3-4 мм на 20-м радиотелескопе Обсерватории Онсала (Швеция). Всего были исследованы 53 объекта. В 2019 году при помощи 30-м радиотелескопа Института миллиметровой астрономии (IRAM) были проведены наблюдения пяти областей образования массивных звезд (L1287, S187, S231, DR21(OH), NGC7538) на длинах волн 2 и 3-4 мм. Наблюдения включали переходы J=1−0 и 2−1 молекул DCO+, DCN, DNC и переходы J=1-0 H13CO+, H13CN, HN13C, а также 1_11−1_01 NH2D. При помощи 100-м радиотелескопа Института радиоастрономии Общества Макса Планка в Эффельсберге были проведены наблюдения линий аммиака (J,K)=(1,1) и (2,2) в нескольких источниках. Были выполнены оценки физических параметров источников (температуры, плотности) на основе обработки и анализа имеющихся данных. Кинетическая температура определялась по переходам J=5−4 и 9−8 (К=0-3) CH3CCH методом вращательных диаграмм, а также по наблюдениям переходов (1,1) и (2,2) NH3. В ходе работы нами была выявлена корреляция отношения интегральных интенсивностей переходов J=1−0 H13CN и HN13C с кинетической температурой. В дальнейшем эта корреляция была также использована для оценок кинетической температуры газа в источниках. Для расчета концентрации газа была использована программа RADEX, которая применяется для расчета интенсивностей атомных и молекулярных линий в однородной среде, на основе расчетов статистического равновесия с участием столкновительных и радиационных процессов и с учетом фонового излучения, используя понятие вероятности выхода фотонов. Лучевые концентрации молекул были получены в предположении условий отличных от ЛТР, для этого была также использована программа RADEX. С использованием полученных оценок лучевых концентраций молекул, степени обогащения дейтерием, температуры и ширины линий в источниках проводился анализ наличия корреляций между этими параметрами. При анализе данных обзора NH2D в Онсала были применены статистические методы анализа с учетом данных, представленных верхними и нижними пределами. Основные результаты этапа 2023 года таковы. На основе предложенного нами на предыдущем этапе работы метода оценки кинетической температуры газа по отношению интегральных интенсивностей переходов J=1−0 H13CN и HN13C построены карты распределения температуры газа в исследуемых источниках. Затем на основе не-ЛТР анализа из отношения интенсивности J = 2-1/1-0 DCN, DNC и DCO+ получены оценки концентрации газа и построены карты распределения концентрации. С использованием этих результатов получены оценки лучевых концентраций различных молекул и степени обогащения дейтерием. Оценки относительного содержания составляют ∼1е-11–1е-9 для DCO+ и DNC, ∼1е-11–1е-10 для N2D+ и ∼1е-10–1е-8 для NH2D. Относительное содержание этих соединений уменьшается с повышением температуры. Однако отношение DCN/H2 практически постоянно (∼1е-10). Корреляция между параметрами оценивалась с помощью коэффициента Спирмена. Мы определяем корреляцию как "сильную" (|r| > 0.5), "умеренную" (0.3 < |r| < 0.5) и "слабую" (0.1 < |r| < 0.3). Доля дейтерия в HCO+ находится в диапазоне от 0.001 до 0.05. Dfrac и Tkin имеют ‘сильную’ антикорреляцию при температурах 20-30 K. Dfrac и n(H2) "слабо" коррелируют при плотностях 1е4–1е5 см-3. Доля дейтерия в HCN находится в диапазоне 0.001–0.02. Dfrac и Tkin имеют ‘сильную’ антикорреляцию. Корреляция Dfrac и n(H2) является "умеренной". Оценки плотности находятся в диапазоне 1е4–1е6 см-3. Доля дейтерия в HNC находится в диапазоне 0.002–0.05. Dfrac−Tkin и Dfrac–n(H2) значения имеют ‘сильную’ антикорреляцию при температурах 20-40 К и 1е4–1е6 см-3. Доля дейтерия в NH3 уменьшается с 0.4 до 0.02. Значения Dfrac–Tkin демонстрируют "умеренную" антикорреляцию, в то время как Dfrac–n(H2) показывают ‘сильными’ антикорреляцию. Данных N2D+ недостаточно, чтобы уверенно судить о наличии корелляций. Степень фракционирования составляет 0.008–0.1 при температурах 20–25 К, при плотности ~1е5 см-3. Выявлены статистически значимые анти-корреляции между относительным содержанием NH2D и кинетической температурой газа в интервале температур 15-50 K, а также, при учете пределов обнаружения, между относительным содержанием NH2D и дисперсией скоростей в источнике. При этом значительного уменьшения отношения содержаний NH2D/NH3 с ростом температуры, предсказываемого имеющимися химическими моделями, не наблюдается. Проанализированы особенности распределения дейтерированных молекул в различных источниках. Сравнение полученных зависимостей степени обогащения дейтерием от температуры с предсказаниями химических моделей показывает, что в ряде случаев имеются значительные расхождения.