[論文レビュー] A Survey of HC3N in Extragalactic Sources - Is HC3N a Tracer of Activity in ULIRGs?

J. E. Lindberg, S. Aalto+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、初の銀河間HC3Nサーベイを提示し、高レベルのHC3N/HCN線幅比が、超高光度赤外銀河（ULIRGs）およびメガマスター活動と強く相関していることを発見した。これは、HC3Nがほこりに包まれた核における初期段階の埋蔵型星形成を示している可能性を示唆する。分子の生存は、高温のほこりとケイ酸塩吸収を示す、暖かく保護された環境に依存しており、これは、重度に遮蔽された銀河における核活動の tracer としてのHC3Nの可能性を示している。

ABSTRACT

Context. HC3N is a molecule that is mainly associated with Galactic star-forming regions, but it has also been detected in extragalactic environments. Aims. To present the first extragalactic survey of HC3N, when combining earlier data from the literature with six new single-dish detections, and to compare HC3N with other molecular tracers (HCN, HNC), as well as other properties (silicate absorption strength, IR flux density ratios, C II flux, and megamaser activity). Methods. We present mm IRAM 30 m, OSO 20 m, and SEST observations of HC3N rotational lines (mainly the J = 10-9 transition) and of the J = 1-0 transitions of HCN and HNC. Our combined HC3N data account for 13 galaxies (excluding the upper limits reported for the non-detections), while we have HCN and HNC data for more than 20 galaxies. Results. A preliminary definition "HC3N-luminous galaxy" is made based upon the HC3N/HCN ratio. Most (~80 %) HC3N-luminous galaxies seem to be deeply obscured galaxies and (U)LIRGs. A majority (~60 % or more) of the HC3N-luminous galaxies in the sample present OH mega- or strong kilomaser activity. A possible explanation is that both HC3N and OH megamasers need warm dust for their excitation. Alternatively, the dust that excites the OH megamaser offers protection against UV destruction of HC3N. A high silicate absorption strength is also found in several of the HC3N-luminous objects, which may help the HC3N to survive. Finally, we find that a high HC3N/HCN ratio is related to a high dust temperature and a low C II flux.

研究の動機と目的

• 銀河間源におけるHC3Nの最初の包括的サーベイを実施し、新しい観測データと文献データを統合する。
• HC3Nが、特にULIRGsにおいて、深く遮蔽された銀河の核活動の信頼できる tracer として機能できるかどうかを調査する。
• HC3N放射と他の分子 tracer（HCN、HNC）、ほこりの性質（ケイ酸塩吸収）、活動指標（メガマスター、CIIフラックス）との相関を調査する。
• ほこり温度と遮蔽が、極端な環境におけるHC3Nの生存と励起に果たす役割を評価する。
• HC3N/HCN線幅比が、活動銀河における初期段階の埋蔵型星形成を特定するための診断ツールとしての可能性を評価する。

提案手法

• 主にJ=10-9遷移を検出するために、IRAM 30 m、OSO 20 m、SEST望遠鏡を用いたミリ波帯の単独電波望遠鏡観測を実施した。
• 同じ銀河でHCNおよびHNCのJ=1-0遷移を同時に観測し、線幅比の比較を可能にした。
• 新しい検出結果と既存の文献データを統合し、確認されたHC3N放射を持つ13個の銀河のサンプルを構築した。
• 放射輸送および励起モデルを用いて線強度を解釈し、HC3Nの回転励起および振動励起の両方を考慮した。
• HC3N/HCN線幅比を、IRスペクトルエネルギー分布（SED）からのほこり温度、ケイ酸塩吸収の強度、CIIフラックス、メガマスター活動と相関させた。
• 統計的分析を適用し、HC3Nの豊度指標と核活動診断との間の傾向を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HC3Nは、ULIRGsや他の遮蔽された銀河における核活動の信頼できる tracer であるか？
• RQ2 銀河間源において、HC3N放射とメガマスター活動との関係は何か？
• RQ3 ほこり温度とケイ酸塩吸収は、銀河核におけるHC3Nの検出可能性と生存にどのように影響するか？
• RQ4 HC3N/HCN線幅比は、星形成またはAGN活動の他の指標とどの程度相関しているか？
• RQ5 HC3Nの振動励起は、埋蔵されたIR源の強度と温度構造に関する知見を提供できるか？

主な発見

• サンプル内のHC3N高輝度銀河のおよそ80％が、ULIRGまたは深く遮蔽された星形成暴走銀河に分類された。
• HC3N高輝度銀河のおよそ60％以上が、OHメガマスターまたは強いキロマスター活動を示しており、温かいほこりが関与する共通の励起機構がある可能性を示唆している。
• 高レベルのHC3N/HCN線幅比は、高ほこり温度と低CII/FIRフラックス比と強く相関しており、C+がHC3Nの破壊に寄与している可能性を示唆している。
• HC3N高輝度源では、強化されたケイ酸塩吸収（A_9.7μm > 1）が観測され、ほこりによる遮蔽がUVからの破壊からHC3Nを保護していることを示している。
• HC3N/HCN線幅比とHNC/HCN線幅比の間には顕著な相関が存在し、これら分子種が高密度で保護された領域で共に進化していることを示唆している。
• いくつかの源（例：NGC 4418、Arp 220、IC 860）でHC3Nの振動励起が検出され、赤外線ポンピングが励起に重要であることが確認された。