Chemical modeling of methanol as an extragalactic shock tracer

Abstract

The behavior of methanol (CH3OH) in the composite galaxy NGC 1068 was analyzed to investigate its effectiveness as an extragalactic shock tracer and to study the effect of shock velocity and formation routes on the predicted interstellar abundance of CH3OH. With a parameterized C-shock physical model, C-shock chemistry was investigated with UCLCHEM to study the chemical abundance of CH3OH as a function of time in different locations of the Circumnuclear Disc (CND) near the Active Galactic Nuclei (AGN) and the Starburst (SB) ring of NGC 1068. It is concluded that gas-phase methanol can trace C-type shocks as its abundance increases significantly due to ice-dust grain sputtering or sublimation during shock propagation. This increase in the abundance of gaseous methanol is comparable from both low- (∼10 km/s) and high- (∼50 km/s) velocity shocks. Comparing our models with the multi-line molecular observations and analysis performed by Huang et al. (submitted), we concluded that the observed CH3OH abundance may result from C-shock influence or from thermal sublimation of ice due to protostellar core heating, as both models can account for the observed CH3OH in the gas phase. This work also demonstrated for the first time that the primary reaction leading to the formation of methanol in interstellar ice-dust grains is the radical-molecule H-atom abstraction route under shocked-influenced environments, such as the CND of NGC 1068, from the modeling point of view. This finding is consistent with the results of Simons et al. (2020) and Santos et al. (2022) in dark molecular clouds. However, its dominance is dependent on the gas kinetic temperature (Tk), gas volume density (nH2 ), velocity of the C-shock wave (vshock), and cosmic ray ionisation rate (ζ).

Se analizó el comportamiento del metanol (CH3OH) en la galaxia compuesta NGC 1068 para investigar su eficacia como trazador de choques extragalácticos y estudiar el efecto de la velocidad del choque y las rutas de formación sobre la abundancia interestelar prevista de CH3OH. Con un modelo físico parametrizado de choque tipo C, se investigó la química del choque con UCLCHEM para estudiar la abundancia química de CH3OH en función del tiempo en diferentes localizaciones del Disco Circumnuclear (CND) cerca del Núcleo Activo de Galaxia (AGN) y del anillo Starburst (SB) de NGC 1068. Se concluye que el metanol en fase gaseosa puede rastrear choques de tipo C, ya que su abundancia aumenta significati- vamente debido a la pulverización o sublimación de granos helados durante la propagación del choque. Este aumento en la abundancia de metanol gaseoso es comparable para choques de baja (∼10 km/s) y alta velocidad (∼50 km/s). Comparando nuestros modelos con las observaciones moleculares multilíneares y los análisis realizados por Huang et al. (remetido), llegamos a la conclusión de que la abundancia observada de CH3OH puede deberse a la influencia del choque tipo C o a la sublimación térmica del hielo debido al calentamiento del núcleo protoestelar, ya que ambos modelos pueden explicar la abundancia observada de CH3OH en fase gaseosa. Este trabajo también mostró por primera vez que la reacción primaria que conduce a la formación de metanol en los granos de polvo interestelar es la vía de abstracción de átomos de H en entornos influenciados por choques, como el CND de NGC 1068, desde el punto de vista del modelamiento. Este hallazgo concuerda con los re- sultados de Simons et al. (2020) y Santos et al. (2022) en nubes moleculares oscuras. Sin embargo, su predominio depende de la temperatura cinética del gas (Tk), la densidad volumétrica del gas (nH2), la velocidad de la onda de choque (vshock) y la tasa de ionización de rayos cósmicos (ζ). (Texto tomado de la fuente).