[論文レビュー] Detection of HCN, HCO+ and HNC in the Mrk231 molecular outflow - Dense molecular gas in the AGN wind

S. Aalto, S. García‐Burillo+6 more|Chalmers Publication Library (Chalmers University of Technology)|Nov 29, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 39被引用数 98

ひとこと要約

本研究では、ULIRGであるMrk 231の大型銀河風における、HCN、HCO⁺、HNC 1–0の最初の高分解能検出を報告する。広がりのある線幅（±750 km s⁻¹）と南北方向に延長する空間的拡張（700 pc以上）の発生が確認された。COに比べてHCNの発生が強化されており、高い線幅比と高密度分子ガスの診断（n > 10⁴ cm⁻³、X(HCN) > 10⁻⁸）から、衝撃圧縮されたクラッピングな分子ガスが存在することが示唆される。一方、風の拡張性から、中赤外放射による励起の代替メカニズムはあまり可能性が低い。

ABSTRACT

We detect luminous emission from HCN, HCO+ and HNC 1--0 in the QSO ULIRG Mrk~231 with the IRAM Plateau de Bure Interferometer at 1."55 by 1."28 resolution. All three lines show broad line wings - which are particularly prominent for HCN. Velocities are found to be similar (750 km/s) to those found for CO 1-0. This is the first time bright HCN, HCO+ and HNC emission has been detected in a large-scale galactic outflow. We find that both the blue- and red-shifted line wings are spatially extended by at least 0."75 (700 pc) in a north-south direction. The line wings are brighter (relative to the line center intensity) in HCN than in CO 1-0 and line ratios suggest that the molecular outflow consists of dense (n>10E4 cmE-3) and clumpy gas with a high HCN abundance X(HCN)>10E-8. These properties are consistent with the molecular gas being compressed and fragmented by shocks in the outflow. Alternatively, HCN is instead pumped by mid-IR continuum, but we propose that this effect is not strong for the spatially extended outflowing gas. In addition, we find that the rotation of the main disk, in east-west direction, is also evident in the HCN, HCO+ and HNC line emission. An unexpectedly bright HC3N 10-9 line is detected inside the central 400 pc of Mrk231. This HC3N emission may emerge from a shielded, dust-enshrouded region within the inner 40-50 pc where the gas is heated to high temperatures (200 - 300 K) by the AGN.

研究の動機と目的

• 活性銀河核（AGN）によって駆動される大型の分子風における高密度分子ガスの物理的・化学的性質を調査すること。特に、Mrk 231のようなULIRGを対象とする。
• 高励起分子線の分析を通じて、観測された分子風がAGNフィードバックか星形成活動によって駆動されているかを特定すること。
• 特にMrk 231の高光度と極限的状態を考慮し、衝撃と中赤外放射のどちらがHCN、HCO⁺、HNCを励起する主要なメカニズムであるかを評価すること。
• 中心400 pc内に見られる予期せぬほど明るいHC₃N 10–9発生の起源を特定すること。これは、AGNに近い遮蔽され、温かくほこりに覆われた領域を示す可能性がある。
• 高分解能線放出と線幅比診断を用いて、風の質量放出率とガス密度を制約すること。

提案手法

• IRAM Plateau de Bure干渉計を用いて、HCN、HCO⁺、HNC 1–0およびHC₃N 10–9遷移の高分解能（1.″55 × 1.″28）干渉観測を実施した。
• スペクトル線画像法を用いて、発生の空間的分布と運動学をマッピングし、風を示す青方およびレッドシフトの線幅を特定した。
• 線幅比（例：HCN/HCO⁺、HCN/HNC）およびCO 1–0との光度比較を用いて、ガス密度（n > 10⁴ cm⁻³）と分子豊度を推定した。
• 励起解析と衝撃および放射輸送モデルの比較を適用し、主な励起機構（衝撃 vs. 中赤外ポンプ）を評価した。
• 線幅の空間的拡張（>0.″75、すなわち>700 pc）を測定し、風の力学的範囲とエネルギー予算を評価した。
• HC₃N 10–9線の空間的局在化と温度制約を分析し、核から40–50 pc圏内に位置する遮蔽され、温かい（200–300 K）領域からの発生を示唆した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 231の分子風で観測された広帯域のHCN、HCO⁺、HNC 1–0線幅の物理的起源は何か？
• RQ2 風の線幅で観測された強化されたHCN発生は、衝撃誘発化学によるものか、それともAGNからの中赤外ポンプによるものか？
• RQ3 風における分子ガスの密度と豊度は何か？また、静止状態のディスクと比較するとどうなるか？
• RQ4 明るいHC₃N 10–9発生はどこに局在しているのか？また、その存在は、Mrk 231の中心領域における物理的状態をどのように示唆するか？
• RQ5 観測された線幅比と運動学的特徴は、風の質量放出率と駆動機構をどのように制約するか？

主な発見

• HCN、HCO⁺、HNC 1–0の発生が、Mrk 231の分子風で初めて検出された。線幅は±750 km s⁻¹まで広がっている。
• 線幅は南北方向に少なくとも0.″75（700 pc）にわたり空間的拡張しており、大規模でコリメートされた風であることを示している。
• 線幅部におけるHCN 1–0発生はCO 1–0に比べ2～5倍強化されており、高密度ガス（n > 10⁴ cm⁻³）の割合が高いことを示している。
• 線幅部におけるHCN/HCO⁺線ピーク比は2.2に達しており、線中心部の1.3に比べ顕著に高い。これは、HCNの豊度が上昇している（X(HCN) > 10⁻⁸）ことを支持する。
• HCN/HNC線比は線中心部で1.8から線幅部で2.8に上昇しており、風をなす衝撃ガスでHCN生成が強化されていることを一貫して示している。
• 予期せぬほど明るいHC₃N 10–9線が中心400 pc内に検出された。これは、AGNに近い遮蔽され、ほこりに包まれた領域から発生しており、200–300 Kに加熱されている可能性がある。おそらく、遮蔽された降着の最終段階を示していると考えられる。