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Timing the chemical evolution of the dense gas in high-mass star forming regions

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Universitat de Barcelona. Departament d'Astronomia i Meteorologia

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[spa] Diversos estudios observacionales, principalmente de regiones de formación estelar de baja masa, muestran que el cociente NH3/N2H+ es bajo en núcleos asociados con objetos estelares jóvenes mientras que este cociente aumenta en núcleos desprovistos de estrellas. Sin embargo, este cociente solo se ha estudiado en una región de formación estelar de alta masa, donde las altas temperaturas e interacciones pueden jugar un papel muy importante en la evolución de la química y en el comportamiento del cociente NH3/N2H+. 
El objetivo principal del proyecto de tesis es extender el estudio del cociente NH3/N2H+ en núcleos asociados con formación estelar de alta masa a partir de observaciones de alta resolución angular para investigar si las diferencias observadas en NH3 y N2H+ son debidas a que los núcleos se han formado en distintos tiempos (relacionado entonces con la evolución química del gas) o bien las altas temperaturas y/o interacciones con flujos moleculares o radiación ultravioleta afectan la evolución del gas denso. 
Con este objetivo hemos seleccionado una muestra de regiones de formación estelar de alta masa situadas a distancias d<3 kpc. Para poder estudiar cada núcleo de forma individual es necesario observaciones con una resolución angular 3-4 (8000AU), de manera que las observaciones se han realizado con interferómetros. En particular, hemos utilizado el Very Large Array (VLA) para observarla molécula de NH3 mientras que las observaciones de N2H+ se han realizado con interferómetros 
milimétricos/submilimétricos, como por ejemplo CARMA, el PdBI o el SMA. Además, para poder desarrollar el proyecto de tesis de forma completa y consistente, hemos contrastado los resultados con el modelo químico UCL_CHEM, desarrollado por S. Viti del University Collage of London (UCL). 
Los resultados mas destacados son: 
- El cociente NH3/N2H+ no sigue la misma tendencia que en las regiones de baja masa debido principalmente a las altas temperaturas alcanzadas en núcleos moleculares calientes, asociados típicamente con las primeras etapas evolutivas de una estrella masiva. 
- Existe una clara correlación entre las densidades de columna de las moléculas de N2H+ y NH3 durante las fase preestelar (anterior a la formación de una estrella). En esta misma fase encuentramos una anticorrelación entre el cociente NH3/N2H+ y la temperatura, donde el cociente va disminuyendo a medida que aumenta la temperatura (o lo que es lo mismo con evolución). La presencia de un objeto estelar joven afecta la química de tal manera que la diferencia entre ambas moléculas empieza a ser evidente, y por lo tanto, no encontramos correlación entre las dos moléculas en núcleos protoestela res. 
- Hemos estudiado la fracción de deuteración Dfrac=NH3D/NH3 en una región de alta masa, donde encontramos una cierta tendencia de la fracción de deuteración con el estado evolutivo de los nucleos preestelares y protoestelares. Este cociente parece aumentar durante la fase preestelar hasta que se inicia el proceso de formación estelar, a partir del cual el cociente disminuye. También hemos visto que los dos cocientes NH2D/NHS y NH3/N2H+ pueden relacionarse con el estado evolutivo del gas denso.

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Tesis Doctorals - Departament - Astronomia i Meteorologia

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Timing the chemical evolution of the dense gas in high-mass star forming regions