초록 ▼

연구의 목적 및 내용
고해상도 전파관측을 통해 얻어진 분자선들은 우주 공간에 존재하는 분자들의 존재 뿐 아니라 각 분자선을 방출하는 다양한 분자들의 구성비에 관한 정보를 제공한다. 따라서 이를 통해 다양한 분자선을 방출하는 우주 환경을 추적할 수 있다. 다양한 우주환경 하에 있는 분자들의 형성을 정량적으로 이해하기 위해서는 분자반응을 포함한 유체역학 전산모사를 수행하는 것이 필요하며 본 연구에서는 이러한 전산모사를 수행하기 위한 코드를 개발한다. 실험 및 이론 연구를 통해 얻어진 분자반응 네트워크를 기존 유체역학 코드에 접목하

연구의 목적 및 내용
고해상도 전파관측을 통해 얻어진 분자선들은 우주 공간에 존재하는 분자들의 존재 뿐 아니라 각 분자선을 방출하는 다양한 분자들의 구성비에 관한 정보를 제공한다. 따라서 이를 통해 다양한 분자선을 방출하는 우주 환경을 추적할 수 있다. 다양한 우주환경 하에 있는 분자들의 형성을 정량적으로 이해하기 위해서는 분자반응을 포함한 유체역학 전산모사를 수행하는 것이 필요하며 본 연구에서는 이러한 전산모사를 수행하기 위한 코드를 개발한다. 실험 및 이론 연구를 통해 얻어진 분자반응 네트워크를 기존 유체역학 코드에 접목하여 천체화학-유체역학 코드를 개발하고 개발된 코드를 활용하여 분자가 형성되는 물리적인 환경을 전산모사를 통해 추적한다. 또한 시뮬레이션 결과를 관측 결과와 비교하여 분자가 형성되는 천체환경의 물리, 화학적 변수들을 제한한다.

연구결과
연구과제 제안서에 제시한 대로 천체에서 발생하는 분자 반응을 포함하는 유체역학 코드를 개발하였다. 실험실에서 측정되거나 이론적으로 계산된 분자반응 데이터을 얻기 위해 오하이오 주립대학교와 메사추세츠 대학교 연구팀이 각각 모집하고 유지, 관리하는 데이터 베이스를 활용하였다. 유체역학이 포함되지 않은 1-cell 천체분자반응 코드인 Astrochem을 활용하여 천체에서 일어나는 다양한 분자반응을 우선 이해하고 이 코드를 활용해 비교적 단순한 형태의 분자라 할 수 있는 CH와 OH에 관한 연구를 수행하였다. 우주선, 밀도, 온도, 초기 원자 함량비와 같은 우주 환경 변수에 따라 CH와 OH의 형성이 어떻게 달라지는 지를 조사하였고 관측 결과와 비교하여 성간물질의 환경에 따라 이 두 분자의 함량이 어떻게 달라지는 지를 확인하였다. Astrochem의 분자반응 코드를 FLASH 유체역학 코드에 접목하여 FLASH를 기반으로 한 천체화학-유체역학 코드를 완성하였다. 완성된 코드의 테스트 문제로 수소 분자 함량이 높은 원형 구름과 산소 분자 함량이 높은 원형 구름이 충돌할 때 발생하는 유체역학 변화에 따라 물 분자의 형성이 어떻게 영향을 받는지를 조사하였다.

연구결과의 활용계획
개발된 천체화학-유체역학 코드를 활용하여 보다 다양한 분자선 방출 천체의 형성 및 진화에 관한 연구를 수행할 예정이다. 다양한 분자선을 방출하는 천체로는 별 생성 구름과 진화한 별들의 가장 자리 부분이 알려져 있다. 밀도, 온도, 원소 함량비, 우주선의 영향 등과 같은 전산모사의 초기 조건 및 주변 환경 변수에 따라 전산모사의 결과가 달라질 것으로 예상되며 계산 결과를 관측 결과와 비교함으로서 이 두 천체의 물리, 화학적 환경을 보다 정량적으로 이해할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구의 수행을 통해 1000개에 가까운 분자들을 유체역학 코드와 함께 추적하는 것이 제한된 전산자원에서는 불가능함을 알게 되었다. 후속 연구로 주어진 천체환경에서 주도적인 역할을 하는 분자들과 분자반응을 선택적으로 선별할 수 있는 분자반응 선별 모듈을 개발하여 본 연구에서 개발된 천체 화학-유체역학 코드에 접목하여 활용할 계획이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
ALMA opens up the unprecedented mm/sub-mm windows for astronomy. Observations with ALMA provide a bulk of molecular lines most of which are not still identified yet. In order to understand these molecular lines, physical chemists have been conducting experiments and theoretical

Purpose& contents
ALMA opens up the unprecedented mm/sub-mm windows for astronomy. Observations with ALMA provide a bulk of molecular lines most of which are not still identified yet. In order to understand these molecular lines, physical chemists have been conducting experiments and theoretical calculations. In this project, we developed a new astro-chemistry hydrodynamics code which combined the recent results from the physical chemistry with the hydrodynamics code.

Result
We have developed an astro-chemistry hydrodynamics code as proposed. We utilized two databases maintained by two research centers at Ohio State University and University of Massachusetts. These databases accumulate astrophysically relevant molecular reactions, which are either experimentally measured or theoretically calculated. First, we used Astrochem, a publically available 1-cell code which evolves the chemical species by solving a network of molecular reactions. By using Astrochem, we traced CH and OH, relatively simple molecules commonly observed in the interstellar medium. We investigated how the formation of these two molecules changes with environments such as cosmic ray, density and temperature of the gas, and initial composition. We also compared our simulation results with observations. Our astro-chemistry hydrodynamics code has been made on the basis of FLASH hydrodynamics code into which the Astrochem-based molecular reactions were incorporated. As a test problem of our astrochemistry hydrodynamics code, we ran a simulation in which two spherical clouds having dominant hydrogen and oxygen molecules, respectively, collide with each other. We investigated how the formation of water molecules is affected depending on the choice of model parameters.

Expected Contribution
By applying our astrochemistry hydrodynamics code, we will perform more simulations in order to investigate various astrophysical environments where molecules can exist. For example, star forming regions and outer regions in the evolved stars such as asymptotic giant branch stars have been known to be molecule-forming regions due to their high density and low temperature. We expect to understand the physical properties of these regions such as density and temperature of the gas, initial composition, and effect of cosmic ray and external radiation by comparing our simulation results with observations. From this project, realized the difficulty of running the simulations with a large number of chemical species due to the limitation of computing resources. For the furture project, we will develop a selection module which selects most relevant species and reactions for the specific environment out ot the large network. We will implement this selection module to the current astrochemistry hydrodynamics code.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 11
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 11
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 11
• 8. 참고문헌 ... 12
• 9. 연구성과 ... 12
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 13
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 13
• 12. 기타사항 ... 13
• 별첨1 : 대 표 연 구 성 과 ... 14
• 별첨2 : 세부 목표 관련 증빙 ... 16
• 끝페이지 ... 16