[論文レビュー] A low-luminosity type-1 QSO sample: IV. Molecular gas contents and conditions of star formation in three nearby Seyfert galaxies

L. Moser, Melanie Krips+9 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jul 4, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 142被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、低輝度タイプ1 QSOサンプルに属する3つの近距離セイファート銀河における低J CO遷移の高分解能Submillimeter Array観測を報告し、分子ガス質量が(0.7–8.7)×10⁹ M☉、力学的に分離した中心成分、および12CO(2–1)/13CO(2–1)線比率がR₂₁ ≳ 20に達する高温度・高乱流ガスを示す。これらの結果は、LIRGに類似したセイファート銀河が中心部に激しい環状星形成を有すると示唆し、極端なガス励起状態および力学的条件のため、ULIRGに類似したCOからH₂への質量換算係数を必要とする。

ABSTRACT

We present a pilot study of ~ 3" resolution observations of low CO transitions with the Submillimeter Array in three nearby Seyfert galaxies, which are part of the low-luminosity quasi-stellar object (LLQSOs) sample consisting of 99 nearby (z = 0.06) type-1 active galactic nuclei (AGN) taken from the Hamburg/ESO quasi-stellar object (QSO) survey. Two sources were observed in 12CO(2-1) and 13CO(2-1) and the third in 12CO(3-2) and HCO+(4-3). None of the sources is detected in continuum emission. More than 80% of the 12CO detected molecular gas is concentrated within a diameter (FWHM) < 1.8 kpc. 13CO is tentatively detected, while HCO+ emission could not be detected. All three objects show indications of a kinematically decoupled central unresolved molecular gas component. The molecular gas masses of the three galaxies are in the range M_mol = (0.7 - 8.7) x 10^9 M_sun. We give lower limits for the dynamical masses of M_dyn > 1.5 x 10^9 M_sun and for the dust masses of M_dust > 1.6 x 10^6 M_sun. The R21 =12CO/13CO(2-1) line luminosity ratios show Galactic values of R21 ~ 5 - 7 in the outskirts and R21 > 20 in the central region, similar to starbursts and (ultra)luminous infrared galaxies ((U)LIRGs; i.e. LIRGs and ULIRGs), implying higher temperatures and stronger turbulence. All three sources show indications of 12CO(2-1)/12CO(1-0) ratios of ~ 0.5, suggesting a cold or diffuse gas phase. Strikingly, the 12CO(3-2)/(1-0) ratio of ~ 1 also indicates a higher excited phase. Since these galaxies have high infrared luminosities of L_IR > 10^11 L_sun and seem to contain a circumnuclear starburst with minimum surface densities of gas and star formation rate (SFR) around Σ_mol = 50 - 550 M_sun pc^-2 and Σ_SFR = 1.1 - 3.1 M_sun kpc^-2 yr^-1, we conclude that the interstellar medium in the centers of these LIRG Seyferts is strongly affected by violent star formation and better ...

研究の動機と目的

• 3つの近距離低輝度タイプ1 QSOに属するセイファート銀河の中心部における分子ガスの内容と励起状態を調査すること。
• 高分解能サブミリ波長干渉計を用いて、分子ガスの空間的分布および運動学的性質を特定すること。
• ガス励起状態の結果が、低輝度AGN宿主銀河におけるCOからH₂への質量換算係数に与える影響を評価すること。
• これらの銀河の星間物質が、ミルキーウェイに類似した条件かULIRGに類似した条件か、より適切に記述されるかを評価すること。

提案手法

• 3つの近距離セイファート銀河における12CO(2–1)、13CO(2–1)、12CO(3–2)、HCO⁺(4–3)遷移の高分解能（約3″）Submillimeter Array（SMA）観測。
• ガス温度・密度・励起状態を推定するため、線輝度比R₂₁ = L′(12CO 2–1)/L′(13CO 2–1)の分析。
• 標準的なCOからH₂への質量換算係数を用いて、統合線フラックスから分子ガス質量M_molを推定。
• 中心部におけるVirial平衡を仮定して、ガス運動学的性質から動的質量M_dynを推定。
• 連続体放射の非検出に基づく下限から、ダスト質量M_dustを導出。
• 複数のISM相を推定するため、観測されたCO線比（例：12CO(2–1)/12CO(1–0) ≈ 0.5 および 12CO(3–2)/12CO(1–0) ≈ 1）との比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 これらの低輝度セイファート銀河の中心部における分子ガス質量と空間的分布は何か？
• RQ2 CO線比によって示される分子ガスの励起状態は、ミルキーウェイやULIRGsと比較してどのように異なるか？
• RQ3 環状核領域における動的質量とダスト質量は何か？ これらはガス質量と星形成効率にどのように制約を加えるか？
• RQ4 観測された線比を踏まえると、これらの銀河におけるCOからH₂への質量換算係数は、ミルキーウェイ値かULIRG値のどちらがより適切か？

主な発見

• 3つの銀河における分子ガス質量は(0.7–8.7)×10⁹ M☉の範囲にあり、その80％以上が1.8 kpc未満の直径に集中している。
• 3つの銀河すべてに、力学的に分離した未解像の中心分子ガス成分が検出され、複雑な力学的状態を示している。
• 外側領域では12CO(2–1)/13CO(2–1)線輝度比R₂₁が約5–7、中心部では20以上に達しており、高温・高乱流ガスであることを示し、ULIRGsに類似している。
• 12CO(2–1)/12CO(1–0)比が約0.5であることは、冷たいまたは希薄なガス相を示唆するが、12CO(3–2)/12CO(1–0)比が約1であることは、より高い励起状態のガス成分が存在することを示している。
• 動的質量は1.5×10⁹ M☉を超え、ダスト質量は1.6×10⁶ M☉以上であるため、COからH₂への質量換算係数が低めに推定される。
• 観測された励起パターンから、中心部におけるガスの高乱流性と高温度のため、これらの銀河の星間物質はULIRGに類似したCOからH₂への質量換算係数によって最も適切に記述されることが示唆される。