Первое обнаружение линий радиорекомбинации углерода/кислорода с помощью TMRT. Белая линия показывает RRL ионов C и/или O, обнаруженных с помощью TMRT. Зеленые области — смоделированное излучение ионных РРЛ. Зеленые пунктирные линии — смоделированное излучение с учетом всех RLL и молекулярных линий. Фоном является изображение сердцевидной туманности Ориона (M42), где Орион KL расположен в нижней левой яркой области M42, автор Шон Нильсен. 1 кредит

Ионизированный газ является наиболее широко распространенным компонентом межзвездного газа и важной лабораторией для измерения распространенности элементов. Радиорекомбинационные линии (РРЛ) позволяют избежать трудностей наблюдения оптических линий, поскольку РРЛ обычно оптически тонкие и имеют хорошо понятные механизмы излучения.

Однако до сих пор почти все обнаруженные излучатели РРЛ были нейтральными атомами. Ранее сообщалось только о двух RRL-переходах (121α и 115α) ионов гелия в планетарных туманностях. Смешение линий затрудняет спектральное разрешение RRL атомов тяжелее гелия. Напротив, RRL ионов обычно не смешиваются с RRL нейтральных атомов, что делает первый гораздо более мощным инструментом для измерения содержания.

Исследователи сделали это новое открытие во время поиска межзвездных эмиссионных линий в рамках продолжающегося исследования спектральных линий TMRT в направлении Orion KL. При идентификации спектральных линий Orion KL в Ka-диапазоне (26–35 ГГц) они обнаружили несколько широких линий, которые нельзя было отнести ни к каким молекулярным разновидностям, ни к RRL атомов.

«Эти линии имеют слабую интенсивность, но уже достаточно значительны, чтобы их можно было различить из-за высокой чувствительности спектра. Поскольку ширина их линий аналогична ширине линий H/He RRL, мы поняли, что эти линии могут быть RRL ионов. », — сказал доктор Лю Сюньчуань из SHAO, корреспондент и первый автор исследования.

Чтобы подтвердить это, астрономы провели последующие наблюдения в Ku-диапазоне (12–18 ГГц) с использованием TMRT для поиска сигналов ионных РРЛ на ожидаемых частотах, и были обнаружены еще восемь альфа-линий (РРЛ с Δn=1) ионов. .

Кроме того, они обнаружили маргинальные сигналы альфа-линий в Q-диапазоне и бета-линий (Δn=2) в Ка-диапазоне. Они сравнили спектры, полученные в разные дни, и обнаружили, что частоты линий остались неизменными после поправки на движение Земли, что подтверждает происхождение ионных РРЛ из космоса.

Всего методом TMRT обнаружены десятки РРЛ межзвездных ионов, причем многие из них не блендированы ни с переходами молекул, ни с РРЛ атомов. Линии, обнаруженные с помощью TMRT, более чем на 20 километров в секунду голубее, чем ожидаемые частоты RRL ионов гелия, и поэтому были отнесены к ионам тяжелее гелия. Содержание дважды ионизированных элементов, связанных с этими ионными RRL, было точно определено и составило 8,8 частей на 10 000, что согласуется со значением углерода/кислорода, оцененным по данным оптических/инфракрасных наблюдений.

Ранее РРЛ обычно определяли как радиоспектральные линии, обусловленные переходами высоких n-уровней атомов, возникающие после рекомбинации однократно ионизированных ионов и электронов. Но теперь исследователи одновременно обнаружили десятки несмешанных ионных РРЛ.

«Такой новый метод был бы очень полезен для изучения содержания углерода и кислорода, наиболее важных компонентов окиси углерода и межзвездных сложных органических молекул, во внутренней части Галактики, где оптические наблюдения очень сложны», — сказал профессор Нил Дж. Эванс II из Техасского университета в Остине.

Исследователи SHAO считают это новое открытие TMRT первым из многих. «Текущий обзор спектральных линий TMRT в направлении Orion KL и других галактических объектов достигнет беспрецедентной чувствительности линий, что приведет к новым открытиям, таким как RRL тяжелых ионов, новые переходы молекулярных линий и даже новые виды молекул», — сказал Лю Ти. , научный сотрудник SHAO и соавтор исследования.