[論文レビュー] Dense Gas in Nearby Galaxies: XVII. The Distribution of Ammonia in NGC253, Maffei2 and IC342

M. Lebrón, C. Henkel+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用数 13

ひとこと要約

本研究は、VLA干渉計観測（CnDおよびD配置）を用いて、NGC 253、IC 342、Maffei 2の中心領域におけるアンモニア（NH₃）放出をマッピングし、約50 pcの分解能を達成した。密度の高い分子雲における力学的温度は25–50 Kの間であり、NH₃の分布はH₂ tracer（例：C¹⁸O や HCN）と密接に一致しており、NH₃が密度の高いガスを代表する指標として信頼できることが確認された。IC 342の西部ピークにおける(6,6)遷移は、マーサー放出の可能性を示唆している。一方、NGC 253における(3,3)遷移の強度増大は、時間的に変化するマーサー活性または大規模な吸収効果を示す可能性がある。

ABSTRACT

The central few 100 pc of galaxies often contain large amounts of molecular gas. The chemical and physical properties of these extragalactic star formation regions differ from those in galactic disks, but are poorly constrained. This study aims to develop a better knowledge of the spatial distribution and kinetic temperature of the dense neutral gas associated with the nuclear regions of three prototypical spiral galaxies, NGC253, IC342, and Maffei2. VLA CnD and D configuration measurements have been made of three ammonia (NH3) inversion transitions. The (J,K)=(1,1) and (2,2) transitions of NH3 were imaged toward IC342 and Maffei2. The (3,3) transition was imaged toward NGC253. The entire flux obtained from single-antenna measurements is recovered for all three galaxies observed. Derived lower limits to the kinetic temperatures determined for the giant molecular clouds in the centers of these galaxies are between 25 and 50K. There is good agreement between the distributions of NH3 and other H2 tracers, such as rare CO isotopologues or HCN, suggesting that NH3 is representative of the distribution of dense gas. The "Western Peak" in IC342 is seen in the (6,6) line but not in lower transitions, suggesting maser emission in the (6,6) transition.

研究の動機と目的

• 近接する星形成暴走銀河3例（NGC 253、IC 342、Maffei 2）の核領域における密度の高い中性ガスの空間的分布と力学的温度を特定すること。
• アンモニア（NH₃）が、CO同位体などH₂の指標と同等に、銀河外の核周辺環境における密度の高い分子ガスを代表する tracer として適切であるかどうかを評価すること。
• NGC 253における(3,3)遷移の異常な強度増大や、IC 342の西部ピークにおける(6,6)遷移の検出という異常なNH₃線強度を調査し、マーサー放出または異常な正交/パラ比の可能性を検証すること。
• NGC 253の(3,3)遷移における高分解能と低分解能観測の線プロファイルに見られる矛盾を解消するため、時間的に変化する放出や、VLAが解像できない大規模な吸収効果を検討すること。

提案手法

• NGC 253、IC 342、Maffei 2におけるNH₃の(J,K) = (1,1)、(2,2)、(3,3)遷移のVLA CnDおよびD配置干渉計観測を実施した。
• 約50 pcの線形分解能を達成し、中心数100 pc内における密度の高いガス構造の高感度マッピングを可能にした。
• 単一電波望遠鏡測定からの全フラックスを回復し、発光マップの完全性を確保するとともに、ビームフィリング要因バイアスを最小限に抑えた。
• 複数のNH₃遷移の相対的強度を用いて、温度に敏感なNH₃反転遷移の性質を活用し、力学的温度の下限値を導出した。
• C¹⁸O (2-1)、HCN、HCO⁺などの他のH₂ tracerとの分布を比較し、空間的共通性とガス密度の一貫性を評価した。
• NGC 253の(3,3)遷移およびIC 342の(6,6)遷移のチャンネルマップと線プロファイルを分析し、マーサー放出またはスペクトル異常を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 253、IC 342、Maffei 2の中心領域におけるNH₃が示す密度の高い分子ガスの空間的分布はどのようなものか？
• RQ2 多レベルNH₃放射からの導出された、これらの銀河における密度の高い分子ガスの力学的温度は何か？
• RQ3 NH₃発光がC¹⁸O やHCNといった他のH₂ tracerとどの程度相関しているか。これは、NH₃が密度の高いガスを代表する指標としての妥当性を示唆するか？
• RQ4 なぜNGC 253におけるNH₃の(3,3)遷移が予想よりも強く、これはマーサー増幅または異常な正交/パラ比の結果である可能性はあるか？
• RQ5 IC 342の西部ピークで(6,6)遷移が検出されたが、低エネルギー遷移は検出されないという事実は、マーサー放出の証拠となるか？

主な発見

• (1,1)および(2,2)NH₃遷移はIC 342およびMaffei 2で、(3,3)遷移はNGC 253で成功裏にマッピングされ、単一電波測定からの全フラックスが回復された。
• これらの銀河の中心領域における巨大分子雲の力学的温度の下限値は25–50 Kの間であり、星形成暴走環境における密度が高く静穏なガスと整合的である。
• NGC 253におけるNH₃発光は、信頼できるH₂ tracerであるC¹⁸O (2-1)の分布と密接に一致しており、NH₃がこの銀河における密度の高い分子ガスの大部分を示していることが示された。
• HCNおよびHCO⁺の発光もH₂分布と一致しているが、高速な衝撃波や光分解する放射場がある領域で強化されており、化学的差異が示唆された。
• IC 342の西部ピークでは(6,6)NH₃遷移が検出されたが、低エネルギー遷移は検出されず、高励起状態でのマーサー放出の可能性を示唆している。
• NGC 253の(3,3)線プロファイルでは、高分解能VLAデータにおいて、以前の低分解能研究よりも300 km s⁻¹の成分が強く、時間的に変化する放出またはVLAが解像できない大規模な吸収効果による可能性がある。