Revealing chemical reactions in high-mass star-forming regions with observations, laboratory experiments, and chemical network simulations

低質量原始星周囲では温度が25-35K程度の領域で炭素鎖分子が生成していることが知られており、温かい炭素鎖分子の化学（Warm Carbon-Chain Chemistry; WCCC)として知られている。一方で、大質量原始星周囲の炭素鎖分子の生成メカニズムおよび有機分子との関係は明らかになっていない。そこで、南米チリにあるALMA干渉計のBand 3のデータを用いて、5つの大質量原始星周囲における、炭素鎖分子の一種であるHC5Nおよび酸素を含んだ有機分子 (CH3OH, CH3OCH3)、窒素を含んだ有機分子(CH3CN, CH2CHCN, CH3CH2CN)の空間分布や化学組成について調べた。空間分布の比較から、大質量原始星周囲ではHC5Nは温度が100K以上のホットコアと呼ばれる有機分子が気相中に豊富に存在する領域に共存する形でいることがわかった。観測された化学組成を化学反応シミュレーションの結果と比較したところ、観測された全分子の存在量は、温度が160-200K程度の段階のシミュレーションの結果と一致した。これらの結果は、大質量原始星周囲の炭素鎖分子は、低質量原始星周囲のWCCCよりも高温領域に存在し、新しい炭素鎖分子の科学メカニズムでないと説明できないことを示す。本研究で、Hot Carbon-Chain Chemistry (HCCC)を提案した。炭素鎖分子のうちシアノポリイン(HC2n+1N)などの比較的安定な分子種は、温度が25-100Kの領域で気相で生成し、固体ダストに吸着され、固体ダスト表面の氷マントルに蓄積していき、温度が100Kを超えた領域で氷マントルの蒸発と共に炭素鎖分子も蒸発するというメカニズムである。

低質量原始星周囲では温度が25-35K程度の領域で炭素鎖分子が生成していることが知られており、温かい炭素鎖分子の化学（Warm Carbon-Chain Chemistry; WCCC)として知られている。一方で、大質量原始星周囲の炭素鎖分子の生成メカニズムおよび有機分子との関係は明らかになっていない。そこで、南米チリにあるALMA干渉計のBand 3のデータを用いて、5つの大質量原始星周囲における、炭素鎖分子の一種であるHC5Nおよび酸素を含んだ有機分子 (CH3OH, CH3OCH3)、窒素を含んだ有機分子(CH3CN, CH2CHCN, CH3CH2CN)の空間分布や化学組成について調べた。空間分布の比較から、大質量原始星周囲ではHC5Nは温度が100K以上のホットコアと呼ばれる有機分子が気相中に豊富に存在する領域に共存する形でいることがわかった。観測された化学組成を化学反応シミュレーションの結果と比較したところ、観測された全分子の存在量は、温度が160-200K程度の段階のシミュレーションの結果と一致した。これらの結果は、大質量原始星周囲の炭素鎖分子は、低質量原始星周囲のWCCCよりも高温領域に存在し、新しい炭素鎖分子の科学メカニズムでないと説明できないことを示す。本研究で、Hot Carbon-Chain Chemistry (HCCC)を提案した。炭素鎖分子のうちシアノポリイン(HC2n+1N)などの比較的安定な分子種は、温度が25-100Kの領域で気相で生成し、固体ダストに吸着され、固体ダスト表面の氷マントルに蓄積していき、温度が100Kを超えた領域で氷マントルの蒸発と共に炭素鎖分子も蒸発するというメカニズムである。