Астронет: А. И. Васюнин/УрГУ О влиянии ошибок определения констант скоростей химических реакций на результаты моделирования межзвездной химии http://variable-stars.ru/db/msg/1191442/node4.html

<< 3. Результаты | Оглавление | 5. Выводы >>

4. Анализ

4.1. Общие оценки

Анализ влияния ошибок определения констант химических реакций на результаты моделирования производился следующим образом.

Для каждого соединения были определены значения минимального и максимального логарифмов равновесных обилий по отношению к водороду. После этого полученные интервалы были разбиты на 100 равных частей и посчитано количество моделей, для которых значение соответствующего обилия попало в каждый из интервалов. Для всех соединений были построены соответствующие гистограммы. На рисунках 1, 2, 3, 4 и 5 представлены гистограммы для HCN, HC₃N и HC₅N, а также для отношений HCN/ HC₃N и HC₃N/ HC₅N. Эти соотношения будут рассмотрены подробно далее.

Все 384 химических соединения были разбиты на 6 групп по устойчивости значения их обилий к варьированию констант скоростей. Основой деления стала ширина гистограммы на высоте, соответствующей половине значения максимума гистограммы. Распределение соединений по группам представлено в таблице 3.

В 1-ю группу устойчивости попало 11 химических элементов и соединений. Преобладают химически неактивные элементы и соединения. Однако есть и исключения. Самое яркое химически активный ион H3O+.

Абсолютное большинство из 384 соединений попали во 2, 3 и 4 группы (36, 119 и 153 соединения соответственно). Причем, большая часть обильных в межзвездной среде соединений оказались во 2 и 3 группах (CO, CS, H2CO, NH3, CH3OH, H2O, CH4 и другие).

Однако некоторые наблюдаемые соединения, в частности, цианополиины, оказались в 4 группе устойчивости.

В целом, хорошо прослеживается тенденция попадания более сложных и тяжелых соединений в группу устойчивости с большим номером. Физическим объяснением этого, по-видимому, является то, что к образованию более сложных (состоящих из большого числа атомов) соединений приводят более длинные цепочки химических реакций, нежели к образованию простых соединений. Ошибки определения констант химических реакций в длинных цепочках, перемножаясь между собой, существенно снижают точность, с которой получается обилие конечного продукта рассматриваемой сложной молекулы. В 5, 6 и 7 группах находятся, преимущественно ненаблюдаемые в настоящее время сложные молекулы с длинными углеродными цепочками, образующиеся в конце сложной цепочки химических реакций.

В межзвездной среде наблюдается большое количество относительно легкие молекулы. Точность определений их обилий из наблюдательных данных составляет, как правило, 1-1,5 порядка. Таким образом, можно сделать вывод, что влияние ошибок определения констант химических реакций некритично для моделирования обилий легких молекул, имеющих достаточно простую структуру.

В то же время, влияние ошибок определения констант химических реакций существенно больше для молекул с углеродными цепочками и быстро нарастает с увеличением длины цепочки. Для молекул с 4-атомной углеродной цепочкой ошибка составляет порядка 2 порядков, но для 8-9-атомных превышает 3.5 порядка, что существенно для любых моделей.

 

4.2. Влияние ошибок констант реакций на определение возраста облаков.

Как было сказано во введении, ошибки определения обилий соединений и их отношений могут существенно отражаться на наших знаниях о физических свойствах рассматриваемых объектов. Хорошей иллюстрацией этого утверждения является зависимость возраста молекулярных облаков, получаемая из отношений обилий цианополиинов, от ошибки моделирования этих отношений.

На рисунках 1, 2, 3 и 4 показано распределение обилий HCN, HC3N и HC5N молекул, использующихся для оценки возраста, - в наших моделях.

Черной стрелкой на рисунках указано обилие химического соединения, получаемое при использовании неизмененной базы UMIST 95.

Видно, что величина разброса обилий цианополиинов возрастает с увеличением количества атомов в молекуле. Для HCN величина разброса на половине высоты гистограммы равна 1.00 порядка, для HC3N 1.50 порядка, а для HC5N уже 2.05 порядка. Очевидно, это связано с увеличением длины цепочки химических реакций, приводящих к образованию цианополиинов с увеличением числа атомов в них.

В настоящее время ряд специалистов рассматривает возможность использования отношения обилий некоторых молекул для оценки возраста молекулярных облаков. В частности, для этих целей предлагается использовать отношение обилий цианополиинов (например, HCN/HC3N, HC3N/HC5N) [6]. В связи с этим интерес представляет разброс значений этих отношений в рассчитанных моделях, представленный на рисунках 4 и 5.

В обоих случаях величина разброса отношения в посчитанных моделях составляет приблизительно 1 порядок, что существенно хуже точности наблюдательного определения отношений HCN/HC3N и HC3N/HC5N. Такая низкая точность модельного расчета этих отношений приведет к погрешности того же порядка при определении возраста объектов при их помощи.

Приведенные выше пример, на наш взгляд, хорошо иллюстрирует существенность влияния ошибок определения констант скоростей химических реакций на физические параметры моделей молекулярных облаков, а, значит, на интерпретацию наблюдательных данных по таким моделям.

4.3. Иные распределения ошибок констант химических реакций

Все оценки в этой работе сделаны в предположении равномерного распределения ошибок констант скоростей химических реакций внутри указанного в UMIST 95 диапазона. На наш взгляд, представляет интерес, как изменятся приведенные в работе результаты в случае иного распределения ошибок констант химических реакций. В связи с большими затратами машинного времени (на расчет 10000 моделей Pentium 4 2,4 GHz 512 Mb memory тратит более 70 часов) нами не был проведен подробный анализ этого вопроса.

Однако некоторые оценки все же были получены. Для этого был проведен расчет 5000 моделей химической эволюции среды с приведенными в таблицах 1 и 2 физическими и химическими параметрами, но с использованием иначе измененных файлов UMIST 95.

Все коэффициенты случайным образом равномерно варьировались в пределах диапазона 12,5 %. Полученные при этом гистограммы для HCN, а также для отношений HCN/HC3N и HCN/HC5N приведены на рисунках 6, 7 и 8.

Рисунки 6,7 и 8 намеренно сделаны в том же масштабе по оси X, что и рисунок 1, 4 и 5. Видно, что характерный вид гистограммы сохранился, однако ширина существенно уменьшилась, что и следовало ожидать при уменьшении разброса значений констант химических реакций.

Подобным же образом ведут себя распределения ошибок отношений обилий. Соответствующие гистограммы представлены на рисунках 7 и 8.

Ширина разброса отношений уменьшилась пропорционально величине разброса констант химических реакций. Распределение же в целом сохранило характерный вид. Таким образом, есть основания полагать, что изменение распределения ошибок не изменит кардинально выводы, сделанные в данной работе. В то же время, оснований полагать, что ошибки определения констант химических реакций меньше, чем указано в описании UMIST 95, нет. Следовательно, данные, приведенные в пункте 4.3 следует рассматривать только как теоретическую оценку характера поведения разброса обилий и их отношений при изменении характеристик разброса констант химических реакций.

---

<< 3. Результаты | Оглавление | 5. Выводы >>