1. SOLIS IV. Hydrocarbons in the OMC-2 FIR4 Region, a Probe of Energetic Particle Irradiation of the Region
- Author
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Patrice Theulé, Claudio Codella, Paola Caselli, Francesco Fontani, Nadia Balucani, Cecilia Ceccarelli, S. Manigand, A. Jaber Al-Edhari, Cécile Favre, Felipe O. Alves, Mihkel Kama, E. Bianchi, Emmanuel Caux, Ian R. Sims, Jaime E. Pineda, François Dulieu, Claudine Kahane, R. Neri, Ana López-Sepulcre, Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), INAF - Osservatorio Astronomico di Brera (OAB), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), IT University of Copenhagen, University of Cambridge [UK] (CAM), Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), Max-Planck-Gesellschaft, Università degli Studi di Perugia (UNIPG), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri (OAA), LERMA Cergy (LERMA), Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112)), Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Institut de Physique de Rennes (IPR), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physique des interactions ioniques et moléculaires (PIIM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), French space agency CNES, Italian Ministry of Education, Universities and Research, project SIR [RBSI14ZRHR], European Research Council (ERC), projects PALs [320620], DOC [741002], French program Physique et Chimie du Milieu Interstellaire (PCMI) - Conseil National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National d'Etudes Spatiales (CNES), Italian Ministero dell'Istruzione, Universita e Ricerca through the grant Progetti Premiali -iALMA [CUP C52I13000140001], European Project: 320620,EC:FP7:ERC,ERC-2012-ADG_20120216,PALS(2013), IT University of Copenhagen (ITU), Università degli Studi di Perugia = University of Perugia (UNIPG), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri (INAF-OAA), Institut de RadioAstronomie Millimétrique (IRAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre for Star and Planet Formation, Institute of Astronomy, University of Cambridge (IoA), Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE), University of AL-Muthanna, College of Science, Physics Department, AL-Muthanna, Iraq, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Molécules dans l'Univers, Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA (UMR_8112)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY)
- Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences ,radio lines ISM ,FOS: Physical sciences ,Particle irradiation ,ISM: clouds ,01 natural sciences ,Molecular physics ,ISM: abundances ,ISM molecules ,ISM: molecules ,radio lines: ISM ,Astronomy and Astrophysics ,Space and Planetary Science ,0103 physical sciences ,010303 astronomy & astrophysics ,ISM abundances ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences ,Physics ,[PHYS]Physics [physics] ,Astrophysics - Astrophysics of Galaxies ,ISM clouds ,13. Climate action ,Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA) ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] - Abstract
We report new interferometric images of cyclopropenylidene, c-C$_3$H$_2$, towards the young protocluster OMC-2 FIR\,4. The observations were performed at 82 and 85 GHz with the NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) as part of the project Seeds Of Life In Space (SOLIS). In addition, IRAM-30m data observations were used to investigate the physical structure of OMC-2 FIR\,4. We find that the c-C$_3$H$_2$ gas emits from the same region where previous SOLIS observations showed bright HC$_5$N emission. From a non-LTE analysis of the IRAM-30m data, the c-C$_3$H$_2$ gas has an average temperature of $\sim$40K, a H$_2$ density of $\sim$3$\times$10$^{5}$~cm$^{-3}$, and a c-C$_3$H$_2$ abundance relative to H$_2$ of ($7\pm1$)$\times$10$^{-12}$. In addition, the NOEMA observations provide no sign of significant c-C$_3$H$_2$ excitation temperature gradients across the region (about 3-4 beams), with T$_{ex}$ in the range 8$\pm$3 up to 16$\pm$7K. We thus infer that our observations are inconsistent with a physical interaction of the OMC-2 FIR\,4 envelope with the outflow arising from OMC-2 FIR\,3, as claimed by previous studies. The comparison of the measured c-C$_3$H$_2$ abundance with the predictions from an astrochemical PDR model indicates that OMC-2 FIR\,4 is irradiated by a FUV field $\sim$1000 times larger than the interstellar one, and by a flux of ionising particles $\sim$4000 times larger than the canonical value of $1\times10^{-17}$~s$^{-1}$ from the Galaxy cosmic rays, which is consistent with our previous HC$_5$N observations. This provides an important and independent confirmation of other studies that one or more sources inside the OMC-2 FIR\,4 region emit energetic ($\geq10$~MeV) particles., Accepted for publication in ApJ - 14 pages, 10 figures, 4 tables
- Published
- 2018
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