Finding the best tracers of the ionization fraction in the ISM : an automated, model-based method.
Emeric Bron  1@  , Evelyne Roueff  2@  , Maryvonne Gérin  1@  , Jérôme Pety  3, 1@  , Pierre Gratier  4@  , Franck Le Petit  5@  , Viviana Guzman  6@  
1 : Laboratoire dÉtude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique
Institut National des Sciences de l'Univers, Observatoire de Paris, Université de Cergy Pontoise, Sorbonne Université, Centre National de la Recherche Scientifique : UMR8112
2 : Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA)
Université Pierre et Marie Curie [UPMC] - Paris VI, Observatoire de Paris, Université de Cergy Pontoise, Université Pierre et Marie Curie (UPMC) - Paris VI, INSU, CNRS : UMR8112, École normale supérieure [ENS] - Paris, PSL Research University
3 : Institut de RadioAstronomie Millimétrique
Centre National de la Recherche Scientifique : UPS2074
4 : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux  (LAB)  -  Website
CNRS : UMR5804, INSU, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I
2 rue de l'Observatoire B.P. 89 33270 FLOIRAC -  France
5 : Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique  (LERMA)  -  Website
Université Pierre et Marie Curie [UPMC] - Paris VI, Observatoire de Paris, Université de Cergy Pontoise, Université Pierre et Marie Curie (UPMC) - Paris VI, INSU, CNRS : UMR8112, École normale supérieure [ENS] - Paris
61, avenue de l'Observatoire - 75014 PARIS -  France
6 : Pontificia Universidad Catolica de Chile

The ionization fraction controls several key processes in giant molecular clouds (GMC): fast ion-neutral reactions driving interstellar chemistry, gas coupling to the magnetic field, excitation of key tracers. Estimating the ionization fraction in the different regions of a GMC, from its diffuse enveloppe to its dense cores, is thus a key step towards understanding its chemico-physical structure, and their link to star formation. However, classical tracers (e.g., DCO+/HCO+) are only detectable in the densest cores.
We propose a statistical approach based on Random Forests, a flexible machine learning model, exploiting large grids of astrochemical models to automatically find the best tracers of the ionization fraction among hundreds of species (Bron et al., 2020). We find several new tracers detectable in the extended enveloppe of the cloud.


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