[論文レビュー] A search for molecular gas in high redshift radio galaxies

R. van Ojik, H. J. A. Roettgering+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、IRAM、JCMT、VLA、OVROを含む電波望遠鏡を用いて、14個の高赤方偏移電波銀河（z > 2）における分子ガスの探索を行った。顕著なCO線放出は検出されず、分子ガス質量の上限が10¹¹ M☉未満に制限された。これは、これらの銀河が以前に予想されたような極端な星形成率を示さない可能性を示唆するが、局所のスターバースト銀河と同等のレベルで星形成が進行している可能性は残る。

ABSTRACT

We present results of an extensive search for molecular gas in 14 high redshift ($z>2$) radio galaxies. Radio galaxies with redshifts between 2.0 and 4.3 were observed during several sessions on two different single-dish telescopes (IRAM and JCMT) and two interferometric arrays (VLA and OVRO). No significant CO emission to a 2$σ$ limit of a few times 10^{10} K km s^{-1} pc^2 was detected in any of these objects. The limits on the CO emission achieved indicate that, assuming a CO-H$_2$ conversion factor similar to the Galactic value, the mass of enriched molecular gas in these galaxies is less than $10^{11} $M$_{\odot}$. This suggests that distant radio galaxies may not be forming stars at the extremely high rates that have earlier been proposed, although they may still be forming stars at rates comparable to those of local starburst galaxies.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移電波銀河（z > 2）に分子ガスが存在するかを調査し、星形成の可能性を評価すること。
• 以前の間接的証拠が示唆するように、これらの遠方銀河が大量の分子ガスを貯留しているかを特定すること。
• 高赤方偏移電波銀河が、豊富な分子ガスによって駆動される極端な星形成の場であるという仮説を検証すること。
• 銀河系のCO-H₂換算係数を仮定して、CO線放出をトレーサーとして用い、豊富な分子ガスの質量を制約すること。
• これらの銀河の観測された電波的および光学的性質が、高ガス含有量と強力な星形成と整合するかを評価すること。

提案手法

• 単独電波望遠鏡（IRAMとJCMT）と干渉計アレイ（VLAとOVRO）を用いた多波長観測キャンペーンを実施した。
• 14個の高赤方偏移電波銀河（z = 2.0–4.3）において、CO(1-0)およびCO(2-1)の回転遷移を分子水素（H₂）のトレーサーとして標的とした。
• 弱い線放出の検出を最大化するため、複数の観測セッションにわたり感度の高い積分を実施した。
• CO線輝度に対する2σ検出限界を設定し、標準的な銀河系換算係数を用いて分子ガス質量の上限に変換した。
• 銀河系に特徴的なCO-H₂換算係数（α_CO ≈ 3.2 M☉ (K km s⁻¹ pc²)⁻¹）を用いて、全分子ガス質量を推定した。
• 複数の機器からのデータを統合することで、非検出結果の信頼性を高め、相互に検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移電波銀河（z > 2）は、CO線放出によって示唆されるような顕著な分子ガス貯留を有しているか？
• RQ2 CO線放出の非検出に基づいて、これらの銀河における分子ガス質量の上限は何か？
• RQ3 これらの銀河における星形成率は、高分子ガス含有量と整合的か、それとも以前に推定された値より低いのか？
• RQ4 観測されたCO線放出の限界は、高赤方偏移電波銀河で強力な星形成が予測される理論モデルとどのように比較できるか？
• RQ5 検出不能なCO線放出は、これらの銀河の観測された電波的および光学的光度と整合することができるか？

主な発見

• IRAM、JCMT、VLA、OVROを用いて観測された14個の高赤方偏移電波銀河（z = 2.0–4.3）のいずれに対しても、顕著なCO線放出は検出されなかった。
• 2σ検出限界におけるCO線輝度は、銀河系のCO-H₂換算係数を仮定した場合、分子ガス質量の上限が10¹¹ M☉未満に相当する。
• 分子ガス質量の上限は、これらの銀河が以前に提案されたような極めて高い星形成率を有していない可能性を示唆する。
• 観測されたガス質量は、局所のスターバースト銀河と同等の星形成率と整合的であり、極端なスターバーストとは異なる。
• CO線の非検出は、分子ガスが検出可能な状態にないか、または線の輝度温度を低下させるような分布になっている可能性を示唆する。
• 結果は、高赤方偏移電波銀河が豊富なガスを伴う極端なスターバーストによって駆動されているという以前の解釈を挑戦しており、より穏やかな星形成歴である可能性を示唆している。