[論文レビュー] Mid-infrared ISO spectroscopy of NGC 4945

H. W. W. Spoon, J. Koornneef+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、中赤外ISO分光法を用いてNGC 4945の核領域を調査し、X線で検出されたにもかかわらず、活性銀河核（AGN）の直接的証拠は得られなかった。ボリュメトリック放射率の50%以上を占めるのは星形成バーストであり、160 Kの温かいH₂（2.4 × 10⁷ M⊙）と強力なPAHおよび氷の吸収特徴が観測され、中赤外域におけるAGN寄与率が低い、強く遮へいされた星形成バースト主導の系であることが示された。

ABSTRACT

We have observed the central region of the nearby starburst galaxy NGC4945 with the mid-infrared spectrometers SWS and PHT-S aboard ISO. We do not find any evidence for the existence of the powerful AGN, inferred from hard X-ray observations. The upper limits on our AGN tracers [NeV] 14.32um & 24.32um and [NeVI] 7.65um imply an A(V)>160 towards the NLR, assuming the NLR to be of equal strength as in the Circinus galaxy. Other possibilities are discussed. The starburst excitation indicators [NeIII]15.56um/[NeII]12.81um and L(bol)/L(lyc) suggest that the starburst in the central region is at least 5x10^6 yrs old, and that it accounts for at least half of the nuclear bolometric luminosity. The starburst might well power the entire bolometric luminosity, but the available constraints are also consistent with an up to 50% contribution of the embedded AGN. With PHT-S, at a resolution of approximately 90, we detect strong absorption features of water ice, and, for the first time in an external galaxy, of CO_2 and CO. The same PHT-S spectrum also reveals strong emission from the family of PAH features. Finally, we have observed and detected several pure rotational and ro-vibrational H_2 lines, two of which, the (0-0) S(0) & S(1) lines, allow us to determine the excitation temperature (160K) and warm H_2 mass (2.4x10^7 Msun). The low excitation temperature shows Orion-like shocks not to be representative for the entire emission of the central region of the galaxy and fairly normal PDRs to be perhaps more typical.

研究の動機と目的

• NGC 4945の核エネルギー源の性質を特定し、AGNと星形成バーストの寄与を区別する。
• 中赤外スペクトル特徴を用いて、中心領域におけるイオン化および分子ガスの存在と性質を評価する。
• 温かい分子水素（H₂）および宇宙空間中物質（ISM）固体の励起状態と物理的状態を調査する。
• 硬いX線検出にもかかわらずAGNの特徴が隠蔽されている理由としての減光と遮へいの役割を評価する。
• 既知の銀河系および銀河外テンプレート（例：オリオン、S140）と比較して、ISMの組成とH₂の励起状態を評価する。

提案手法

• NGC 4945の中心領域を観測するために、ISOのSWSおよびPHT-S機器を用いて中赤外分光法を実施した。
• 星形成バーストの年齢と励起度を推定するために、[Ne III]/[Ne II]比やL_bol/L_lyc比の線比を分析した。
• 星形成バースト領域への可視光減光（A_V）を推定するために、[S III] 18.7 μm / 33.5 μm比を用いた。
• H₂の回転準位の分布をフィッティングすることで、励起温度と温かいガス質量を（0-0）S(0)、S(1)、S(2)線から導出した。
• PHT-SスペクトルにおけるPAHからの発光特徴および水の氷、CO₂、COからの吸収特徴を特定・測定した。
• 観測された線強度および励起度図を理論的モデルおよび銀河系の類縁体（例：オリオン、S140）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 4945に中赤外域のAGNの証拠があるか、その硬いX線検出にもかかわらず？
• RQ2 全ボリュメトリック放射率に占める星形成バーストとAGNの相対的寄与率は？
• RQ3 中心領域における温かい分子水素（H₂）の励起状態と質量は？
• RQ4 NGC 4945のISM固体状態特徴（例：水の氷、CO₂、CO）は、銀河中心と比較してどう異なるか？
• RQ5 H₂の励起機構は、ショック（例：オリオン型）に起因するのか、それともより静穏なPDRに起因するのか？

主な発見

• NGC 4945の核星形成バーストは強く遮へいされており、[S III] 18.7 μm / 33.5 μm線比からA_V = 36⁺¹⁸₋₁₁ magと推定された。
• 星形成バーストの励起指標（[Ne III]/[Ne II]およびL_bol/L_lyc）から、星形成バーストの年齢は少なくとも5 × 10⁶年であり、ボリュメトリック放射率の少なくとも50%を占めている。
• 中赤外域のAGNの特徴（例：[Ne V]、[Ne VI]）は検出されず、上限から、Circinusと同程度のものであれば、NLRに向かってA_V > 160 magの遮へいが想定され、紫外領域でのAGNの欠如または極めて強い遮へいが示唆された。
• 温かいH₂ガスの励起温度は160 K、質量は2.4 × 10⁷ M⊙であり、（0-0）S(0)およびS(1)線から導出された。励起分布は累積質量関数dM/dT = 4.43 × 10¹⁵ T⁻⁴.⁷⁹³ M⊙/Kのべき乗則に従った。
• 3.3、6.2、7.7、11.2 μmのPAH発光特徴が強く検出され、継続的な星形成とダストの処理を示唆した。
• 外部銀河で初めて、PHT-SスペクトルにおいてCO₂およびCOの氷の吸収特徴が検出された。強力な水の氷吸収特徴は、銀河中心の特徴と類似していた。