近日，中國科學院紫金山天文臺與中國科學院上海天文臺合作取得了彗星毫米波分子譜線觀測的重要進展。相關研究成果以“Hydrogen Cyanide in Comet C/2022 E3 (ZTF) from 3.4 mm Wave Spectra”為題發表于國際天文學期刊《天文學雜志》(The Astronomical Journal)。
 

　　彗星形成于早期太陽系，內部的成分提供了太陽系形成時期的關鍵信息。而長周期彗星進入內太陽系的次數更少，成分更接近于早期太陽系的環境。彗星在進入內太陽系時，內部的氣體冰因溫度的升高而揮發，形成彗發。而大部分有機分子的旋轉躍遷譜線的波長在毫米波范圍內，此時可以通過毫米波望遠鏡對特定分子進行探測。
 

　　研究團隊使用中國科學院紫金山天文臺13.7米毫米波望遠鏡，在長周期彗星C/2022 E3(ZTF)(此后簡稱E3)本次回歸的近日點(2023.01.12)和近地點(2023.02.03)附近，成功探測到了88.6GHz的HCN (1-0)發射線，包含三個超精細結構，主線信噪比均在4σ左右，結果如圖1。
 

圖1. 彗星C/2022 E3 (ZTF) 的平均HCN (1-0) 譜線
 

　　從譜線輪廓中，團隊得到了彗發中HCN的膨脹速度約為0.6 km/s。在Haser的均勻膨脹的球狀彗發假設下，基于經典的輻射轉移模型計算了HCN分子的產率。本模型分別考慮了HCN分子與水分子和電子的碰撞激發過程，并假設激發溫度為60K。E3在近日點(日心距約1.11 AU)和近地點(日心距約1.16AU)附近的產率約為1025/s量級。團隊還對比了HCN和CN自由基的產率關系(圖2)，HCN的光解作為CN自由基的主要來源，他們的產率相當，變化趨勢也符合彗星的活動性趨勢。根據其他研究得到的H2O產率，團隊估計了在兩個觀測周期內HCN與H2O的相對豐度比穩定在0.13%，在相同日心距下與其他長周期彗星差別較小。而同在觀測波段范圍內的HCO+(1-0)發射線并未被探測到，僅估計了上限(與H2O的相對豐度<0.08%)，說明HCO+在彗發中的含量較低，作為其主要來源的HCOOH同樣含量較低。
 

圖2. 彗星C/2022 E3 (ZTF)的HCN和CN的產率隨日心距的演化
 

　　論文第一作者李浚岑為紫金山天文臺博士生，通訊作者分別為中國科學院上海天文臺的史建春和中國科學院紫金山天文臺的馬月華。該工作得到國家自然基金面上項目、國家自然基金重點項目以及CSST空間站首批科學研究課題項目資助。