[論文レビュー] CI and CO in nearby galaxy centers: the bright galaxies NGC1068 (M77), NGC2146, NGC3079, NGC4826 (M64), and NGC7469

F. P. Israel|ArXiv.org|Nov 25, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 91被引用数 40

ひとこと要約

本研究は、活発な核を持つ5つの近傍銀河（NGC 1068、NGC 2146、NGC 3079、NGC 4826、NGC 7469）の中心領域における分子ガスを、複数遷移のCO、$^{13}$CO、および[CI]線観測を用いて調査した。各銀河で2つの異なるガス成分が特定され、高エネルギー温度（125–150 K）、高密度（0.3–1.0 × 10⁵ cm⁻³）、太陽系近傍値と比較して1桁小さいCOからH₂への換算係数（X）を示しており、核からの距離0.9–1.5 kpc圏内に、密度が高く温かい分子ガスが存在することを示しており、H₂質量は1.2–2.5 × 10⁸ M☉であった。

ABSTRACT

Maps and measurements of the J=1-0, J=2-1, J=3-2, J=4-3 12CO, the J=1-0, J=2-1, and J=3-2 13CO lines in the central arcminute squared of NGC1068, NGC2146, NGC3079, NGC4826, and NGC7469, as well as 492 GHz [CI] maps in three of these are used to model the circumnuclear molecular gas in these galaxies. In all five objects, the bright CO concentrations mapped have line intensities that require two distinct gas components for satisfactory fits. The physical condition of the molecular gas differs from galaxy to galaxy. High kinetic temperatures of 125-150 K occur in NGC2146 and NGC3079. Very high densities of 0.3-1.0 x 10**5 cm**-3 occur in NGC2146, NGC3079, and NGC7469. The CO to H2 conversion factor X is typically an order of magnitude less than the `standard' value in the Solar Neighborhood. The molecular gas is constrained within radii between 0.9 and 1.5 kpc from the nuclei. Within these radii, H2 masses are typically 1.2-2.5 x 10**8 M(sun). The exception is the (relatively nearby) merger NGC4826 with R=0.3 kpc, and M = 3 x 10**7 M(sun). In all five galaxies, the H2 mass is typically about one per cent of the dynamical mass in the same region.

研究の動機と目的

• 活発な核を持つ近傍銀河の中心領域における分子ガスの物理的状態と質量を特定すること。
• 複数のCO遷移および同素体を観測することで、分子ガスの温度と密度のデゲネラシーを解消すること。
• COからH₂への換算係数（X）を銀河中心部で制約すること。これはCO放射から分子ガス質量を推定する上で極めて重要である。
• セイファート銀河および合体銀河を含む、さまざまな種類の活発銀河核における分子ガス性質の違いを調査すること。
• 分子ガスが星形成暴走および中心ブラックホールの降着をどのように駆動しているかを、空間的広がりと質量の測定により評価すること

提案手法

• 5つの銀河の中心1アーム以内を対象に、電波望遠鏡を用いて$^{12}$CO J=1–0、J=2–1、J=3–2、J=4–3遷移の観測を実施。
• $^{13}$CO J=1–0、J=2–1、J=3–2線の同時マッピングにより、光学的薄いCOをトレースし、温度と密度のデゲネラシーを解消。
• 492 GHzの[CI] $^{3}$P₁–$^{3}$P₀遷移を観測し、ガス密度とH₂濃度を独立に制約。
• 放射輸送コードを用いてラインプロファイルおよび空間的放射マップをモデリングし、分子ガスの運動温度、密度、および柱密度を導出。
• 観測されたライン強度とモデリングされた物理的状態から得られるCOからH₂への換算係数（X）を用いてH₂質量を推定。
• 核からの距離0.9–1.5 kpcの範囲内で放射を統合し、全分子ガス質量を決定

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近傍の活発銀河の中心部における分子ガスの運動温度と密度は何か？
• RQ2 銀河中心部におけるCOからH₂への換算係数（X）は、太陽系近傍の標準値と比べてどう異なるか？
• RQ3 中心0.9–1.5 kpc圏内における分子ガス（H₂）の空間的広がりと全質量は何か？
• RQ4 セイファート銀河と合体銀河の違いに応じて、分子ガスの物理的状態はどのように変化するか？
• RQ5 [CI]および$^{13}$CO線強度は、$^{12}$COデータから導かれた2成分ガスモデルをどの程度支持するか？

主な発見

• 5つの銀河すべてで、運動温度が125 Kから150 Kの2つの異なる分子ガス成分が確認された。NGC 2146およびNGC 3079では、この範囲に収束している。
• NGC 2146、NGC 3079、NGC 7469の分子ガスは、0.3–1.0 × 10⁵ cm⁻³という高い密度に達しており、密度が高くコンパクトな雲を示している。
• COからH₂への換算係数（X）は、通常、太陽系近傍の標準値よりも1桁小さい値を示しており、より高い励起状態、あるいは異なる励起条件である可能性を示唆している。
• 分子ガスは核からの距離0.9–1.5 kpcの範囲に閉じ込められており、ほとんどの場合H₂質量は1.2–2.5 × 10⁸ M☉であった。
• 合体銀河であるNGC 4826は、半径が0.3 kpcと小さく、H₂質量も3 × 10⁷ M☉と低く、よりコンパクトで質量が小さい分子ガス貯留庫であることが示された。
• H₂質量は通常、同じ領域内の動力学的質量のおよそ1%に相当しており、分子ガスは全質量予算に顕著に寄与しているが、支配的ではないことを示している。