【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院紫金山天文臺與中國科學(xué)院上海天文臺合作取得了彗星毫米波分子譜線觀測的重要進展。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系，內(nèi)部的成分提供了太陽系形成時期的關(guān)鍵信息。而長周期彗星進入內(nèi)太陽系的次數(shù)更少，成分更接近于早期太陽系的環(huán)境。彗星在進入內(nèi)太陽系時，內(nèi)部的氣體冰因溫度的升高而揮發(fā)，形成彗發(fā)。而大部分有機分子的旋轉(zhuǎn)躍遷譜線的波長在毫米波范圍內(nèi)，此時可以通過毫米波望遠鏡對特定分子進行探測。
 

　　研究團隊使用中國科學(xué)院紫金山天文臺13.7米毫米波望遠鏡，在長周期彗星C/2022 E3(ZTF)(此后簡稱E3)本次回歸的近日點(2023.01.12)和近地點(2023.02.03)附近，成功探測到了88.6GHz的HCN (1-0)發(fā)射線，包含三個超精細結(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，團隊得到了彗發(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)過程，并假設(shè)激發(fā)溫度為60K。E3在近日點(日心距約1.11 AU)和近地點(日心距約1.16AU)附近的產(chǎn)率約為1025/s量級。團隊還對比了HCN和CN自由基的產(chǎn)率關(guān)系(圖2)，HCN的光解作為CN自由基的主要來源，他們的產(chǎn)率相當，變化趨勢也符合彗星的活動性趨勢。根據(jù)其他研究得到的H2O產(chǎn)率，團隊估計了在兩個觀測周期內(nèi)HCN與H2O的相對豐度比穩(wěn)定在0.13%，在相同日心距下與其他長周期彗星差別較小。而同在觀測波段范圍內(nèi)的HCO+(1-0)發(fā)射線并未被探測到，僅估計了上限(與H2O的相對豐度<0.08%)，說明HCO+在彗發(fā)中的含量較低，作為其主要來源的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博士生，通訊作者分別為中國科學(xué)院上海天文臺的史建春和中國科學(xué)院紫金山天文臺的馬月華。該工作得到國家自然基金面上項目、國家自然基金重點項目以及CSST空間站首批科學(xué)研究課題項目資助。