氘（Deuterium，符号D或2H）是氢的稳定同位素，是大爆炸核合成的主要产物之一。宇宙中的D/H元素丰度比相对恒定，约为1.5×10−5。氘化分子是含H原子的分子中，一个或多个H原子被D原子替代后的分子，如HDO、DCN、DCO+、NH2D、NHD2、N2D+、HDCO 等。氘化率（Dfrac）是氘化分子与其对应非氘化分子的丰度比。许多观测测量的分子氘化率比星际空间中的D/H元素丰度比高出几个数量级，有些甚至高达1。这种现象被称为氘化增丰，也称氘化分馏。这是由于氘化分子的零点能比其非氘化分子低，氘化分子更稳定，在化学反应中更容易形成。氘化增丰过程与多种物理化学性质相关，比如温度、密度、电离度、中性分子丰度等，这样的敏感性使得氘化分子被用来示踪分子云的物理条件和化学演化。氘化分子可以在低温下有效生成，加之跃迁的临界密度较高，因此氘化增丰在低温、高密度的分子云和恒星形成区中尤为显著。然而与氘化分子的生成、破坏途径相关的氘化增丰机制还未完全明晰。文献中仍然缺乏对致密冷核的DCO+和DCN发射线的大样本调查搜寻，包括对这些分子进行氘化率的测量。这阻碍了对分子云的系统性研究，限制了我们对氘化分子在弥漫性气体到冷核阶段中增丰的理解。

在2020年和2023年，我们使用亚利桑那射电天文台（ARO）12 米单天线望远镜，对559 个普朗克冷核进行了 DCO+、DCN、H13CO+、H13CN J=1–0发射线的观测。DCO+、DCN J=1–0谱线如图1所示。

DCO+、DCN、H13CO+以及H13CN J=1–0的探测率分别为24.5%、3.6%、22.8%和5.2%。DCO+发射线的探测率比DCN高出很多，这是由于DCO+的临界密度比DCN的低一个量级。

测得113个Dfrac(HCO+) 的值范围为0.89% 到7.4%，中位数为3.1%；11个Dfrac(HCN) 范围为 1.5%到5.5%，中位数为2.3%。如图2所示，9个源同时测得Dfrac (HCO+)和Dfrac (HCN)，4个源Dfrac (HCO+) 大于Dfrac(HCN)，其余5个源则相反。说明二者氘化增丰程度接近。

DCO+和H13CO+ J=1–0的线宽（FWHM）主要分布在1km s−1以内，说明普朗克冷核是比较安静的源，二者线宽与氘化率无显著关系（如图3所示）。

DCO+和H13CO+ J=1–0几乎在相同源中的一起探测到，表明氘化增丰可能在冷核形成之前的弥散分子气体中就已经开始，而不是传统理论认为在冷核中开始。

 

图1 DCO+和DCN J=1–0谱线

 

图2 比较9个源中同时测得的Dfrac (HCO+)和Dfrac (HCN)

 

 

图3 比较DCO+和H13CO+ J=1–0线宽与氘化率

 

文章作者：莫榑，王均智（通讯作者），刘姝，段言，冯焕雪，李郁强，路哲，罗睿，欧超，徐雅霓，言卓瑛

文章链接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452072