[論文レビュー] An investigation of the circumgalactic medium around z~2.2 AGN with ACA and ALMA

G. C. Jones, R. Maiolino+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、z~2.2の3つの活発銀河核（AGN）の周銀河媒体（CGM）における分子ガスを、深さのあるALMAおよびACA観測を用いて調査した。CO(3-2)線の放射が約10–50 kpcまで延びており、銀河よりも約10倍大きなCGMのガス貯留庫と整合的であるが、20 kpcを超える領域に巨視的な分子ハローの証拠は得られず、以前の200 kpcスケールのハローに関する主張に反する。500 kpc以上のスケールで見られるわずかな~2σの負の連続スペクトル信号は、AGN加熱によるハローに起因するサニャエフ＝ゼルドビッチ効果を示唆し、AGNフィードバックの直接的証拠を示唆する。

ABSTRACT

While observations of molecular gas at cosmic noon and beyond have focused on the gas within galaxies (i.e., the interstellar medium; ISM), it is also crucial to study the molecular gas reservoirs surrounding each galaxy (i.e., in the circumgalactic medium; CGM). Recent observations of galaxies and quasars hosts at high redshift (z>2) have revealed evidence for cold gaseous halos of scale r_CGM~10kpc, with one discovery of a molecular halo with r_CGM~200kpc and a molecular gas mass one order of magnitude larger than the ISM of the central galaxy. As a follow-up, we present deep ACA and ALMA observations of CO(3-2) from this source and two other quasar host galaxies at z~2.2. While we find evidence for CO emission on scales of r~10kpc, we do not find evidence for molecular gas on scales larger than r>20 kpc. Therefore, our deep data do not confirm the existence of massive molecular halos on scales of ~100 kpc for these X-ray selected quasars. As an interesting by-product of our deep observations, we obtain the tentative detection of a negative continuum signal on scales larger than r>200kpc, which might be tracing the Sunyaev-Zeldovich effect associated with the halo heated by the active galactic nucleus (AGN). If confirmed with deeper data, this could be direct evidence of the preventive AGN feedback process expected by cosmological simulations.

研究の動機と目的

• 赤方偏移z~2.2の高赤方偏移AGNの周囲における分子ガスの存在と分布を調査すること。
• 以前の高赤方偏移クェーサーで報告された、約100 kpcスケールの巨視的分子ハローの存在を検証すること。
• 干渉計の分解能がCGMにおける拡張CO線放射の検出に影響を与えていないかを評価すること。
• 高温CGMにおける熱的サニャエフ＝ゼルドビッチ効果を通じて、AGNフィードバックの間接的証拠を探索すること。

提案手法

• X線で選別されたz~2.2の3つのクェーサーに対して、アタカマコンパクトアレイ（ACA）およびALMAを用いて深さのあるCO(3-2)線観測を実施した。
• ACAとALMAのデータを統合し、ALMAが解像する小スケールおよびACAが解像する大スケールの両方の空間スケールでの放射を回復した。
• 可視性データと半径方向の輝度プロファイルを分析し、ALMA単独の分解能を超える拡張CO放射を検出した。
• 3つの源の連続スペクトル可視性をスタックし、熱的サニャエフ＝ゼルドビッチ効果を示す大スケールの負の連続スペクトル信号を探索した。
• ALMAの高感度を活用して、コンパクトおよび拡張CO成分を検出し、各機器間のフラックス密度を比較することで、欠落フラックスの有無を評価した。
• CO放射が2成分モデル（r < 1–2 kpcのコンパクトなISM成分と、r ~ 10–50 kpcのより拡張したCGM成分）と整合的であるかを評価した。

Figure 1 : Continuum images ( $\lambda_{\mathrm{rest}}\sim 870\,\mu m$ ) for each galaxy. Contours are displayed at significance levels of $\pm(2,3,4\ldots)\times\sigma$ , where $1\sigma$ is the RMS noise level of the image. The top row shows ACA data (left to right: $1\sigma=[60,50,60]\,\mu$ Jy bea

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~2.2のAGNのCGMに、以前に報告された100–200 kpcスケールの巨視的分子ハローが存在するのか？
• RQ2 これらのAGNのCGMにおける拡張CO(3-2)放射は、ACAおよびALMAで検出可能であるのか、それとも干渉計の分解能によってフィルタリングされてしまうのか？
• RQ3 500 kpc以上のスケールで見られるわずかな負の連続スペクトル信号は、AGN加熱によるハローに起因する熱的サニャエフ＝ゼルドビッチ効果として解釈できるのか？
• RQ4 高赤方偏移AGNのCGMにおける分子ガスの空間的広がりと形状は何か？また、中心銀河のISMと比べてどう異なるか？
• RQ5 高赤方偏移クェーサーにおいて、ハロー加熱によるAGNフィードバックはサニャエフ＝ゼルドビッチ効果によって検出可能か？

主な発見

• CO(3-2)放射はACAで2つの源（CID_346およびX_N_44_64）で検出され、ALMAでは全3源で検出されており、干渉計によるフラックス損失は顕著でないことが示された。
• ACAデータにおけるCO放射は、40–50 kpc未満のスケールで解像不能であると一致しており、50 kpcを超える領域に巨視的な分子ガス成分は存在しないと示唆している。
• ALMAデータは、コンパクト成分（r < 1–2 kpc）と弱い拡張成分（r ~ 10–50 kpc）を明らかにし、ISMよりも約10倍大きなCGM貯留庫が存在することを確認した。
• 20 kpcを超えるスケールに分子ガスの証拠は得られず、同様のAGNで以前に報告された200 kpcスケールの分子ハローとは矛盾する。
• 500 kpc以上のスケールで、わずかな~2σの負の連続スペクトル信号が検出され、AGN加熱によるハローに起因する熱的サニャエフ＝ゼルドビッチ効果と整合的である。
• このわずかなS-Z信号が確認されれば、ハロー加熱によるAGNフィードバックの直接的観測的証拠となり、銀河進化の抑制に重要なメカニズムであることが示される。

Figure 2 : Radial profile of the real part of the stacked observed continuum visibilities from ACA data, including only channels without line emission (maroon points). Top: The results of fitting three models are shown: a single Gaussian (brown line), a constant value (light blue line), and an offse