大质量恒星形成过程中的化学演化

In the last two decades, a lot of progress has been done in the study of massive star formation. However, the formation of high-mass stars is far less clear than their low-mass counterparts. Many questions are still controversial. Both chemical models and observations tell us that chemical composition is sensitive to evolutionary stages. Chemical composition of molecular gas is thought to evolve due to the physical changes that occur during the star formation process. As material collapses and gets ionized by central young stars, densities and temperature rise, leading to the production and destruction of different molecular species. For example, the formation of CH3OH is inefficient in the gas phase, it must be formed by the hydrogenation of CO on grain surfaces in the prestellar core stage, and sublimated to the gas phase as the core is heated by the protostar. Based on multiwavelength sky surveys, we try to divide star formation regions (IRDC, EGO and RMS) into different evolutionary stages. And find chemical properties in different stages by molecular line observations. We also try to find chemical clock which will be vey useful for the study of star formation.

通过最近二三十年的努力，大质量恒星形成的研究取得了不少进展。但对它们的研究还远远落后于中小质量恒星，很多问题还存在争议。恒星形成过程可分为不同演化阶段。化学模型和对中小质量恒星的观测都告诉我们，恒星形成区表现出的化学性质跟它们所处的演化阶段很敏感。因为不同的演化阶段对应不同的物理环境，不同的物理环境又会形成/激发不同的分子。比如早期CH3OH不能在气态下有效生成，它们首先在尘埃表面形成，当原恒星形成后，加热云核使CH3OH升华，因此“热核”阶段丰度很高。本项目将利用国外从红外到射电的多波段巡天数据，对几个大质量恒星形成区样本（红外暗云，EGO和RMS源）进行不同演化阶段的划分，再利用国内外的毫米/亚毫米波望远镜进行多分子谱线观测，研究总结出各个阶段特有的化学性质，找到一批所谓的“化学时钟”，为将来化学模型提供依据，也为更大样本的研究做铺垫。

研究内容包含以下四部分：.1. 选取了87个RMS（Red MSX Source）大质量恒星形成侯选体, 用MALT90数据计算分析了这些源的N2H+, HC3N, C2H等分子的丰度，研究了不同分子的化学演化规律和相互之间的关系；.2. 从MALT90数据库天选出明显存在HNCO分子谱线的数据，分析研究了HNCO与不同分子（HC3N, SiO, HNC, 13CS等）的关系，发现HNCO与SiO关系最密切，提出HNCO这个分子主要由低速激波触发。.3. 研究了N2H+这个分子在六个大质量恒星形成区的化学演化，发现当尘埃温度低于27K左右的时候，这个分子的化学丰度随尘埃温度的升高而增长；当尘埃温度高于27K的时候，这个分子的化学丰度随尘埃温度的升高反而下降。接着我们把研究成果与前人的化学模型做了比较，发现有吻合的地方也有与理论预言不吻合的地方。.4. 对纤维状结构分子云G341.244-00.265进行了多波段的研究，研究了这一大质量恒星形成区的物理性质和化学性质，发现化学性质与内部恒星形成有一定的关系。