Synthetic observations of H₂D+ towards high-mass starless cores

Abstract

Las estrellas masivas jóvenes residen comúnmente en cúmulos moleculares densos y masivos, y son conocidas por estar altamente oscurecidas y distantes. Durante su proceso de formación, la deuteración es considerada como un buen indicador de la etapa de formación en la que se encuentra un objeto. Observaciones adecuadas de regiones con emisión de deuterio son cruciales, aunque difíciles de realizar. En este trabajo se realizó un estudio para detectar la transición ο-H₂D⁺ (1₁₀-1₁₁) en moléculas deuteradas, utilizando una fuente sintética e intentando identificar cuán diferente es la información obtenida por un interferómetro o un telescopio de disco simple. Con objeto de analizar la detectabilidad de esta transición, procesamos la simulación magnetohidrodinámica de una nube colapsante haciendo uso del código de transferencia radiativa POLARIS. Utilizando los mapas de intensidad resultantes, realizamos observaciones sintéticas de tipo interferométricas (ALMA) y de disco simple (APEX) de una nube en varios estados evolutivos, siempre usando modelos realistas. Finalmente, derivamos densidades de columna para comparar nuestras simulaciones con observaciones anteriormente realizadas. Las densidades de columna obtenidas para el o-H₂D⁺ concuerdan con valores reportados en la literatura, en el rango de 10¹⁰⁻¹¹ cm⁻² y 10¹²⁻¹³ cm⁻² en mediciones interferométricas y de disco simple.

Young massive stars are usually found embedded in dense and massive molecular clumps, and are known for being highly obscured and distant. During their formation process, deuteration is regarded as a potentially good indicator of the formation stage. Therefore, proper observations of such deuterated molecules are crucial, but still, hard to perform. In this work, we test the observability of the transition ο-H₂D⁺(1₁₀-1₁₁), using a synthetic source, to understand how the physical characteristics are reflected in observations through interferometers and single-dish telescopes. In order to perform such tests, we post-processed a magneto-hydrodynamic simulation of a collapsing magnetized core using the radiative transfer code POLARIS. Using the resulting intensity distributions as input, we performed single-dish (APEX) and interferometric (ALMA) synthetic observations at different evolutionary times, always mimicking realistic configurations. Finally, column densities were derived to compare our simulations with real observations previously performed. Our derivations for ο-H₂D⁺ are in agreement with values reported in the literature, in the range of 10¹⁰⁻¹¹ cm⁻² and 10¹²⁻¹³ cm⁻² for single-dish and interferometric measurements, respectively.