2016 年 7 月 12 日宇宙物理学 II（山本担当分）レポート課題注意事項１．問題は 3 問ある。3 問すべてに回答すること。２．回答には A4 レポート用紙を用い、第一面に専攻名、氏名、および学籍番号を記すこと。３．レポートは理学部 1 号館２階の物理学専攻教務係に提出すること。締め切りは 8 月 1 日（月曜）午後 5 時とする。４．郵送する場合は、封筒に「宇宙物理学レポート在中」と朱書きし、上記締め切り日時必着で物理学専攻教務係に送付のこと。電子メール、ファックスによる提出は原則認めない。第１問希薄な星間雲(Diffuse Cloud)と分子雲(Molecular Cloud)において、電離度がそれぞれどのような典型的値をとるか。理由とともに答えよ。なお、希薄な星間雲の水素分子個数密度は 100 cm-3, 星間分子雲の水素分子個数密度は 104 cm-3 とする。また、宇宙線イオン化率ζは 1×10-17 s-1、電子との再結合の反応速度定数は 1×10-7 cm3s--1、CO 分子の水素分子に対する存在比は 10-4 とせよ。第2問一般に化学組成が平衡に達する時間スケール  は下記の式で与えられる。 1   1 1  t f td ここに、 t f 、 t d はそれぞれ分子の生成と破壊の典型的タイムスケールである。希薄な星間雲において、平衡に達する時間スケールをこの式を用いて推定し、水素分子密度が 100 cm-3 のガスの自由落下時間と比較せよ。第3問星間分子雲において重水素はおもに HD の形で存在しており、[HD]/[H2] = 10-5 である。しかし、重水素はより複雑な分子に濃縮される傾向がある。これを重水素濃縮と呼ぶ。その引き金になるのが次の反応である。 H3+ + HD → H2D+ + H2 この反応は発熱反応（230K）なので、低温（10K）条件では逆反応は無視できる。そのため、重水素が H2D+として濃縮されることになる。生成した H2D+ は CO とのイオン分子反応、または、電子との再結合で破壊される。これらの化学反応を考慮して、H2D＋に関する反応速度方程式を立て、定常状態を仮定して、[H2D+]/[H3+]の値を求めよ。ただし、密度は 104 cm-3、温度は 10 K、電離度は第 1 問で星間分子雲に対して求めた値を用いよ。また、電子との再結合の反応速度定数は 1×10-7 cm3s-1、イオン分子反応の反応速度定数は 1×10-9 cm3s-1 を用いよ。