[論文レビュー] Luminous HC3N line emission in NGC4418 - buried AGN or nascent starburst?

S. Aalto, Raquel Rodriguez Monje+1 more|May 21, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 27

ひとこと要約

本研究は、IRAM 30m望遠鏡を用いた分子線観測を通じて、遮蔽された核活動を有するNGC 4418の性質を調査した。HC3Nの異常に高い放射度と、HNCおよびHC3Nの高励起状態が観測されたが、これらは埋め込まれたAGNに由来するX線支配領域（XDR）よりも、放射励起を伴う若年星形成によるものの方がより適切に説明できる。HCN/HCO+線幅比は星形成に一致しており、この比がXDRの決定的診断指標であるとする仮定に疑問を呈する。

ABSTRACT

IRAM 30m observations reveal that the deeply obscured IR-luminous galaxy NGC4418 has a rich molecular chemistry - including unusually luminous HC3N line emission. We furthermore detect: ortho-H2CO 2-1, 3-2; CN 1-0, 2-1; HCO+, 1-0. 3-2, HCN 3-2, HNC 1-0, 3-2 (and tentatively OCS 12-11). The HCN, HCO+, H2CO and CN line emission can be fitted to densities of n=5 x 10E4 - 10E5 cm-3 and gas temperatures Tk=80-150 K. Both HNC and HC3N are, however, significantly more excited than the other species which requires higher gas densities - or radiative excitation through e.g. mid-IR pumping. The HCN line intensity is fainter than that of HCO+ and HNC for the 3-2 transition, in contrast to previous findings for the 1-0 lines where the HCN emission is the most luminous. We tentatively suggest that the observed molecular line emission is consistent with a young starburst, where the emission can be understood as emerging from dense, warm gas with an additional PDR component. We find that X-ray chemistry is not required to explain the observed mm line emission, including the HCN/HCO+ 1-0 and 3-2 line ratios. The luminous HC3N line emission is an expected signature of dense, starforming gas. A deeply buried AGN can not be excluded, but its impact on the surrounding molecular medium is then suggested to be limited. However, detailed modelling of HC3N abundances in X-ray dominated regions (XDRs) should be carried out. The possibility of radiative excitation should also be further investigated

研究の動機と目的

• NGC 4418の核領域における分子ガスの物理的状態を特定すること。
• 観測された分子線幅比（特にHCN/HCO+）が、埋め込まれたAGNに伴うX線支配領域（XDR）の存在を示唆するかどうかを評価すること。
• 異常に明るいHC3N放射度が星形成によって説明可能かどうか、あるいはAGN駆動の化学反応を要するかを評価すること。
• HCN/HCO+線幅比が遮蔽銀河におけるXDRの診断指標として信頼できるかを検証すること。
• 中赤外線連続放射による励起（中赤外線ポンピング）がHNCおよびHC3Nの高励起状態を説明する役割を果たすかを検討すること。

提案手法

• IRAM 30m望遠鏡を用いて、HNC、HCN、HCO+、CN、HC3N、H2CO、OCSの回転遷移を検出する単一望遠鏡観測を実施した。
• 非局所温度平衡（non-LTE）、単一成分の放射線輸送モデルを用いて、線強度からガス温度（Tk）と密度（n）を導出した。
• すべての検出された遷移に対してガウス線フィッティングを実施し、積分強度、ライン幅、中心ドップラー速度を測定した。
• 同じ物理的条件下で線放射度を比較することで、H2に対する分子豊度を推定した。
• 中赤外線連続放射ポンピングがHNCおよびHC3Nの励起に与える影響を、観測された線放射度と期待される熱的励起との比較によって評価した。
• 特にHCN/HCO+およびHC3N豊度に注目し、観測された線幅比が星形成モデルとXDRモデルの両者とどれほど整合するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4418における明るいHC3N放射度は、若年星形成に起因するものか、それともAGN駆動のXDRを要するか？
• RQ2 HNCおよびHC3Nの高励起状態は、熱的プロセスのみで説明可能か、それとも中赤外線放射励起が必要か？
• RQ3 上昇したHCN/HCO+ 1–0線幅比はXDRの信頼できる指標とみなせるか、それとも若年星形成でも同様に現れるか？
• RQ4 NGC 4418の核領域における高密度分子ガスの物理的状態（Tk、n）は何か？
• RQ5 観測された線幅比は、XDRモデルおよびPDRモデルの予測とどの程度一致するか？

主な発見

• HC3N J=10–9、16–15、25–24線は非常に明るく、10–9線の強度はCN 1–0と同等であるため、HC3Nの豊度が極めて高いことが示唆された。
• HNC 3–2線の放射度はHCN 3–2線の2.3倍にのぼり、非熱的励起が示唆され、おそらく20 µm付近の中赤外線ポンピングによるものと考えられる。
• HCN/HCO+ 3–2線幅比は約0.5であり、Imanishiら（2004）が報告したHCN/HCO+ 1–0比（>1）とは対照的であり、複雑な励起環境を示している。
• HCO+、HCN、H2CO、CNの線放射度は、Tk = 80–150 K、n = 5×10⁴–1×10⁵ cm⁻³の単一ガス成分で良好にフィットした。
• HC3NおよびHNCは他の分子と比べて著しく高い励起状態にあり、高密度（>10⁵ cm⁻³）または放射励起の両方の要因が必要とされる。
• 観測された線幅比は、HC3NおよびHCNにホットコアに類似した成分（星形成駆動）とHCO+、CN、HNCにPDR成分を含む若年星形成モデルと整合的であるが、支配的であるXDRモデルとは整合しない。