[論文レビュー] Deep ALMA imaging of the merger NGC1614 - Is CO tracing a massive inflow of non-starforming gas?

S. König, S. Aalto+5 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Mar 17, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 51被引用数 13

ひとこと要約

Deep ALMA観測により、合体銀河NGC1614では、12COがほこりの帯に沿って広がる質量が大きく、非星形成性のガス降着を示している一方、13COの放射はほこりの帯と核心周囲の星形成爆発リングの中間部にピークを示しており、圧縮され、自己重力に起因するガスを示している。ほこりの帯における極端な12CO/13CO線幅比（>45）および高いO-16/O-18比（≥900）は、核の栄養分が未処理の流入ガスによって希釈されていることを示しており、準位的核燃料供給の瞬間的段階であることを示唆している。

ABSTRACT

Observations of the molecular gas over scales of 0.5 to several kpc provide crucial information on how gas moves through galaxies, especially in mergers and interacting systems, where it ultimately reaches the galaxy center, accumulates, and feeds nuclear activity. Studying the processes involved in the gas transport is an important step forward to understand galaxy evolution. 12CO, 13CO and C18O1-0 high-sensitivity ALMA observations were used to assess properties of the large-scale molecular gas reservoir and its connection to the circumnuclear molecular ring in NGC1614. The role of excitation and abundances were studied in this context. Spatial distributions of the 12CO and 13CO emission show significant differences. 12CO traces the large-scale molecular gas reservoir, associated with a dust lane that harbors infalling gas. 13CO emission is - for the first time - detected in the large-scale dust lane. Its emission peaks between dust lane and circumnuclear molecular ring. A 12CO-to-13CO1-0 intensity ratio map shows high values in the ring region (~30) typical for the centers of luminous galaxy mergers and even more extreme values in the dust lane (>45). This drop in ratio is consistent with molecular gas in the dust lane being in a diffuse, unbound state while being funneled towards the nucleus. We find a high 16O-to-18O abundance ratio in the starburst region (>900), typical of quiescent disk gas - by now, the starburst is expected to have enriched the nuclear ISM in 18O relative to 16O. The massive inflow of gas may be partially responsible for the low 18O/16O abundance since it will dilute the starburst enrichment with unprocessed gas from greater radii. The 12CO-to-13CO abundance is consistent with this scenario. It suggests that the nucleus of NGC1614 is in a transient phase of evolution where starburst and nuclear growth are fuelled by returning gas from the minor merger event.

研究の動機と目的

• 合体銀河NGC1614における強力な星形成爆発と核活動を駆動する分子ガス降着の役割を調査すること。
• 大規模な分子ガス貯留域およびほこりの帯における12CO放射が、星形成性ガスか非星形成性ガスかを特定すること。
• ガス励起状態、組成比、および高密度トレーサー（CN、CS）の影響が、合体銀河内での分子ガスの物理的状態を理解する上で果たす役割を評価すること。
• 観測された線幅比およびC18Oの非検出が、星形成爆発の年齢推定および化学的栄養分蓄積歴に与える意味を評価すること。

提案手法

• 113.5 GHz（12CO 1-0）、108.5 GHz（13CO 1-0）、111.4/111.7 GHz（CN 1-0）、96.4 GHz（CS 2-1）、108.1 GHz（C18O 1-0）における高感度ALMA観測を用いて、分子ガス分布をマッピングした。
• 銀河全体にわたる光学的厚さ、励起状態、組成変化を調査するため、空間分解能のある12CO/13CO線幅比マップを作成した。
• 12COが光学的厚さ、13COが光学的薄さと仮定して、12CO/13CO強度比から12C/13C組成比を推定した。
• 標準同素体組成比を仮定して、観測された12CO/13CO線幅比と12CO/13CO比から酸素のO-16/O-18組成比を推定した。
• CNおよびCSを用いて、核心周囲リング内での自己重力に起因する高密度ガスクラスタを特定した。
• C18O放射の上限限界を用いて、18O/16O組成比を制約し、星形成爆発からの化学的栄養分蓄積の程度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC1614における12CO放射は、ほこりの帯で星形成性ガスか非星形成性ガスを示しているか？
• RQ2 なぜ13CO放射はほこりの帯において12COと空間的にずれているのか？これはガス密度および自己重力に何を示唆するか？
• RQ3 ほこりの帯で観測された極端な12CO/13CO線幅比（>45）の起源は何か？これはガス励起状態および組成にどのように関係するか？
• RQ4 なぜC18Oは検出されないのか？これは18O/16O組成比および星形成爆発の年齢に何を示唆するか？
• RQ5 外縁ディスクからの未処理ガスの降着が、核の化学的栄養分蓄積および星形成歴にどのように影響しているか？

主な発見

• 12CO 1-0放射は、南側の潮汐尾にまで延びる大規模で広がった分子ガス貯留域を示しており、ほこりの帯に伴う非星形成性ガスの流入を示している。
• 13CO 1-0放射は、ほこりの帯で初めて検出され、ほこりの帯と核心周囲リングの中間部にピークを示しており、ガス密度が上昇する遷移領域を示している。
• 12CO/13CO 1-0線幅比は、ほこりの帯で>45に達し、核心周囲リングでは約30に低下しており、ほこりの帯のガスは希薄で束縛されていないのに対し、リングガスは密度が高く自己重力に起因する状態であることを示している。
• C18O放射の非検出は、星形成爆発領域における16O/18O組成比が≥900であることを示しており、長期的化学的栄養分蓄積の予想とは一致せず、未処理の流入ガスによる希釈を示唆している。
• 推定された12C/13C組成比は90を上回っており、希釈シナリオと整合しており、核が準位的核燃料供給段階にあり、小規模合体に起因する戻りガスによって駆動されていることを示している。
• CNおよびCS放射の検出により、核心周囲リング内に高密度で自己重力に起因するガスが存在することが確認され、強力な中心星形成爆発と整合的である。