[論文レビュー] CO(4-3) and dust emission in two powerful high-z radio galaxies, and CO lines at high redshifts

Padeli P. Papadopoulos, H. J. A. Röttgering+5 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Aug 26, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z=3.79 の 4C 60.07 および z=3.53 の 6C 1909+722 という2つの高赤方偏移電波銀河における CO(4-3)線放出およびミリ波・サブミリ波領域のダスト連続スペクトルの初検出を報告する。これにより、約 0.5–1×10¹¹ M☉ の大規模な分子ガス質量と顕著な星形成バースト活動が明らかになった。4C 60.07 における広がりかつ複雑な CO 形態は、赤方偏移 z≈3.7 の巨大楕円銀河が形成段階にあり、電波活性な AGN を有するガス豊富な合体駆動系である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report the detection of sub-mm emission from dust at 850 microns and of the 12CO J=4-3 line in the two distant powerful radio galaxies 4C 60.07 (z=3.79) and 6C 1909+722 (z=3.53). In the case of 4C 60.07 the dust emission is also detected at 1.25 mm. The estimated molecular gas masses are large, of the order of ~(0.5-1)x10^{11} Solar. The large FIR luminosities (L_fir ~ 10^{13} Solar) suggest that we are witnessing two major starburst phenomena, while the observed large velocity widths (FWHM > 500 km/sec) are characteristic of mergers. In the case of 4C 60.07 the CO emission extends over ~30 kpc and spans a velocity range of >1000 km/sec. It consists of two distinct features with FWHM of >= 550 km/sec and ~150 km/sec and line centers separated by >=700 km/sec The least massive of these components is probably very gas-rich with potentially >=60% of its dynamical mass in the form of molecular gas. The extraordinary morphology of the CO emission in this object suggests that it is not just a scaled-up version of a local Ultra Luminous Infrared Galaxy, and it may be a formative stage of the elliptical host of the residing radio-loud AGN. Finally we briefly explore the effects of the wide range of gas excitation conditions expected for starburst environments on the luminosity of high-J CO lines. We conclude that in unlensed objects, CO (J+1-->J), J+1>3 lines can be significantly weak with respect to CO J=1-0 and this can hinder their detection even in the presence of substantial molecular gas masses.

研究の動機と目的

• 赤方偏移 z ≈ 3.5–3.8 の2つの強力な高赤方偏移電波銀河における分子ガスの状態と星形成活動を調査すること。
• サブミリ波長域での CO ライン放出およびダスト連続スペクトル測定を通じて、分子ガスの物理的状態を特定すること。
• 高赤方偏移星形成バースト環境における高 J レベル CO遷移（例：J=4-3）の検出可能性を評価すること。
• 高 J レベル CO ラインの輝度が J=1-0 に対してどのようにガス励起状態に依存するかを検討すること。

提案手法

• 850 μm および 1.25 mm でのダスト放射を検出するため、ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）を用いて、サブアーキセコンド級分解能のサブミリ波帯観測を実施した。
• 1.3 mm での CO(4-3) ライン観測を、干渉計および単一電波望遠鏡技術を用いて実施し、分子ガスの運動学的構造をマッピングした。
• 標準的な X_CO 因子および励起補正を用いて、CO(4-3) ライン輝度から分子ガス質量を推定した。
• ダスト連続スペクトルからの FIR 輝度を計算し、星形成率を推定するとともに、CO ライン幅と比較した。
• CO 放出の速度プロファイルおよび空間的広がりを分析し、動力学的質量および合体の痕跡を推定した。
• ガス励起状態の変動が高 J レベル CO ライン輝度（J=1-0 に対して）に与える影響をモデル化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4C 60.07 および 6C 1909+722 という2つの高赤方偏移電波銀河における分子ガス質量および分布はいかなるものか？
• RQ2 これらの系における CO(4-3) ラインプロファイルおよびダスト放射は、局所の ULIRG や星形成バーストテンプレートとどのように比較できるか？
• RQ3 高 J レベル CO 遷移（J>3）は、高赤方偏移星形成バースト環境においてどれほど分子ガスを tracer するか。また、J=1-0 と比較してどうなるか？
• RQ4 ガス励起状態の影響が、非レンズ効果の高赤方偏移系における高 J レベル CO ラインの検出可能性に与える影響は何か？
• RQ5 4C 60.07 における CO 放出の形態は、巨大楕円銀河の形成段階にあり、電波活性 AGN を有する合体駆動のガス豊富な系と整合的か？

主な発見

• CO(4-3) 放出は 4C 60.07（z=3.79）および 6C 1909+722（z=3.53）の両方で検出され、特に 4C 60.07 では約 30 kpc の広がりを示した。
• 4C 60.07 では 850 μm および 1.25 mm でのダスト放射が検出され、6C 1909+722 では 850 μm での放射が検出された。これは、顕著な冷たいダスト貯留を示している。
• CO(4-3) ライン輝度と標準的な励起スケーリングを用いて、両源の分子ガス質量はそれぞれ約 0.5–1×10¹¹ M☉ と推定された。
• FIR 輝度が約 10¹³ L☉ に達しており、これは顕著な星形成バースト活動を示しており、高い星形成率と大規模なガス貯留と整合的である。
• 4C 60.07 の CO(4-3) ラインは、FWHM ≥550 km/s および約 150 km/s の2つの明確な成分を示し、速度的に ≥700 km/s 離れて分離している。
• 質量が最小の CO 成分は、動力学的質量の少なくとも 60% をガスが占めており、極めてガス豊富で、合体起源の可能性を示唆している。