[論文レビュー] Fueling the central engine of radio galaxies. III. Molecular gas and star formation efficiency of 3C 293

Á. Labiano, S. García‐Burillo+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 142被引用数 16

ひとこと要約

本研究は、IRAM Plateau de Bure干渉計を用いた高分解能CO(1-0)およびCO(2-1)観測により、進化した電波銀河3C~293における分子ガスおよび星形成を調査する。冷たい分子ガスに高速な流れは検出されず、SFE = 0.18 Gyr⁻¹という、通常の銀河と一致する高い星形成効率を示している。進化した電波銀河における低SFE値は、SFRの低く見積もられているか、H₂密度が過大評価されている可能性を示唆しており、特に7.7 μm PAH放射トレーサーに依存する場合に顕著である。

ABSTRACT

Aims. We investigate the different manifestations of AGN feedback in the evolved, powerful radio source 3C293 and their impact on the molecular gas of its host galaxy, which harbors young star-forming regions and fast outflows of HI and ionized gas. Methods. We study the distribution and kinematics of the molecular gas of 3C293 using high spatial resolution observations of the CO(1-0) and CO(2-1) lines, and the 3 and 1mm continuum taken with the IRAM PdBI. We mapped the molecular gas of 3C293 and compared it with the dust and star-formation images of the host. We searched for signatures of outflow motions in the CO kinematics, and reexamined the evidence of outflowing gas in the HI spectra. We also derived the star formation rate (SFR) and efficiency (SFE) of the host with all available SFR tracers from the literature, and compared them with the SFE of young and evolved radio galaxies and normal star-forming galaxies. Results. The CO(1-0) emission line shows that the molecular gas in 3C293 is distributed along a massive (2.2E10 Msun) warped disk with diameter of 21 kpc that rotates around the AGN. Our data show that the dust and the star formation are clearly associated with the CO disk. The CO(2-1) emission is located in the inner 7 kpc (diameter) region around the AGN, coincident with the inner part of the CO(1-0) disk. Both the CO(1-0) and CO(2-1) spectra reveal the presence of an absorber against the central regions of 3C293 that is associated with the disk. We do not detect any fast (>500 km/s) outflow motions in the cold molecular gas. The host of 3C293 shows an SFE consistent with the Kennicutt-Schmidt law. The apparently low SFE of evolved radio galaxies may be caused by an underestimation of the SFR and/or an overestimation of the molecular gas densities in these sources. We find no signatures of AGN feedback in the molecular gas of 3C293.

研究の動機と目的

• 進化した電波銀河3C~293におけるAGNフィードバックが分子ガスおよび星形成に果たす役割を調査すること。
• イオン化ガスおよびH Iガスに観測された高速な流れが、冷たい分子ガス相に対しても同様に見られるかどうかを検証すること。
• 複数のSFRトレーサーを用いて3C~293の星形成効率（SFE）を再評価し、通常の銀河および若い電波銀河と比較すること。
• 進化した電波銀河で報告されている低SFE値が、実際の値であるのか、それともSFRやH₂質量の推定に系統的バイアスが生じているための結果であるのかを評価すること。

提案手法

• IRAM Plateau de Bure干渉計を用いてCO(1-0)およびCO(2-1)ラインの高空間分解能干渉観測を実施し、分子ガスの分布および運動をマッピングした。
• COデータを用いて、回転円盤の系統的径速度（v_sys^CO = 13,434 ± 8 km s⁻¹）、傾きおよび位置角を導出した。
• スペクトル解析により、AGNおよびジェット方向へのCO吸収特徴を特定し、H I吸収および円盤運動と整合的であった。
• 星形成速度（SFR）は、[Ne II]、11.3 μm PAH、24/70 μm連続スペクトルを用いた複数のトレーサーを用いて推定し、AGNの汚染を評価した。
• 星形成効率（SFE）はSFR / M(H₂)として計算され、ケニクット＝シュナイダー則および他の電波銀河と比較された。
• 速度場のフーリエ分解を用いて、CO円盤にねじれの兆候を検出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C~293の冷たいガスに、H Iおよびイオン化ガスと同様に高速（≥500 km s⁻¹）な分子ガスの流れが見られるか？
• RQ2 3C~293の真の星形成効率（SFE）は何か？ 通常の星形成銀河および他の電波銀河と比べてどうか？
• RQ3 なぜ進化した電波銀河は一般的に低SFEを示すのか？ これはSFRまたはH₂質量の推定に系統的バイアスがあるためなのか？
• RQ4 3C~293の中心部におけるCO吸収特徴は、回転する分子円盤に関連しているか？
• RQ5 CO円盤の運動学的構造は、ねじれの形態を示しているか？

主な発見

• 3C~293の分子ガスは、全H₂質量が約2.2 × 10¹⁰ M☉に達する巨大でねじれた円盤を形成しており、約21 kpc（24 arcsec）にわたり広がっている。
• CO(1-0)およびCO(2-1)の放射は、回転円盤をトレースしており、CO(2-1)ラインは中心AGN領域に一致する内側約7 kpcに限定されている。
• H Iおよびイオン化ガスに明確な流れが観測されているにもかかわらず、冷たい分子ガスに高速（≥500 km s⁻¹）な流れの運動は検出されなかった。
• 3C~293の星形成速度（SFR）は、[Ne II]および11.3 μm PAH放射といった信頼性の高いトレーサーから、4.0 ± 1.5 M☉ yr⁻¹と推定された。
• 3C~293の星形成効率（SFE）は0.18 Gyr⁻¹であり、通常の銀河および若い電波銀河におけるケニクット＝シュナイダー則と整合的である。
• 3C~293のSFEは、他の進化した電波銀河で7.7 μm PAH放射から導かれた値と比較して10～50倍も高い。これは、このような系における低SFE値が、SFRの低く見積もられているか、H₂質量が過大評価されている可能性を示唆している。