[論文レビュー] Molecular Gas Chemistry in AGN I. The IRAM Survey of NGC1068

A. Usero, S. García‐Burillo+3 more|ArXiv.org|Feb 24, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 92

ひとこと要約

本研究は、Seyfert 2銀河NGC 1068の核周囲円盤（CND）における分子ガスの化学を、IRAM 30m電波望遠鏡の観測を用いて調査している。X線放射がX線支配領域（XDR）化学を駆動することで、特にSiOやHOC+の異常な分子豊度が引き起こされると提案されており、分子ガスにおいて測定されたHCO+/HOC+比が30–80と、これまでに観測された中で最小である。

ABSTRACT

There is observational evidence that nuclear winds and X-rays can heavily influence the physical conditions and chemical abundances of molecular gas in the circumnuclear disks (CND) of Active Galactic Nuclei (AGN). In this paper we probe the chemical status of molecular gas in the CND of NGC1068, a prototypical Seyfert 2 galaxy. Precedent claims that the chemistry of molecular gas in the nucleus of NGC1068 is abnormal by galactic standards were based on the high HCN/CO luminosity ratio measured in the CND. Results from new observations obtained in this survey have served to derive abundances of molecular species such as SiO, CN, HCO+, HOC+, H13CO+ and HCO. These estimates are complemented by a re-evaluation of molecular abundances for HCN, CS and CO, based on previously published single-dish and interferometer observations of NGC1068. We report on the first detection of SiO emission in the CND of NGC1068. The estimated large abundance of SiO in the CND, X(SiO)~5-10x10^{-9}, cannot be attributed to shocks related to star formation, as there is little evidence of a recent starburst in the nucleus of NGC1068. Alternatively, we propose that silicon chemistry is driven by intense X-ray processing of molecular gas. We also report on the first extragalactic detection of the reactive ion HOC+. Most remarkably, the estimated HCO+/HOC+ abundance ratio in the nucleus of NGC1068, ~30-80, is the smallest ever measured in molecular gas. The abundances derived for all molecules that have been the subject of this survey are compared with the predictions of models invoking either oxygen-depletion or X-ray chemistry in molecular gas. Our conclusions favour an overall scenario where the CND of NGC1068 has become a giant X-ray Dominated Region (XDR).

研究の動機と目的

• Seyfert 2銀河の代表例であるNGC 1068の核周囲円盤（CND）における分子ガスの化学的状態を特定すること。
• 観測された高いHCN/CO比と、酸素枯渇モデルとX線駆動化学の間の矛盾を解消すること。
• X線放射がCNDにおける反応性種（SiO や HOC+ など）の豊度が高まることを説明できるかを検証すること。
• XDRモデルおよび酸素枯渇モデルの予測と観測された分子豊度を比較し、支配的な化学機構を特定すること。

提案手法

• ミリメートル波長帯でIRAM 30m電波望遠鏡を用いてNGC 1068の分子線スカイニングを実施した。
• SiO(3–2)、SiO(2–1)、HOC+、CN、HCO+、H13CO+、HCO、HCN、CS、COの放射線を測定した。
• 新しい単一望遠鏡データと、既に発表済みの干渉計および単一望遠鏡観測データを統合し、豊度計算に用いた。
• 全物質に対して一貫した励起および光学厚さの仮定を用いて、再評価された分子豊度を算出した。
• XDRモデル（X(e⁻）〜 10⁻⁶–10⁻⁴）および酸素枯渇モデルの予測と、観測された豊度比を比較した。
• 空間分解されたデータを用いて、東部および西部のCNDクラスタの間での化学的差を比較し、Chandra X線画像と照合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1068のCNDにおける異常な高いHCN/CO輝度比の原因は何か。X線処理によるものか、酸素枯渇によるものか。
• RQ2 なぜCNDにおけるSiO豊度が星形成領域よりも顕著に高いのか。星形成に伴う衝撃波がその原因であると説明できるか。
• RQ3 分子ガスにおいて測定された中で最小のHCO+/HOC+豊度比30–80という極端な比の起源は何か。
• RQ4 EおよびWのCNDクラスタ間での分子豊度の空間的変動は、X線照射の違いと相関しているか。
• RQ5 XDRモデルは、CNDにおけるHCN、SiO、HOC+、およびCNの観測豊度を同時に再現できるか。

主な発見

• NGC 1068のCNDにおけるSiO(3–2)およびSiO(2–1)の放射線の初検出。全領域におけるSiOの豊度はX(SiO)〜 (5–10) × 10⁻⁹ である。
• CNDにおけるSiOの豊度は、周囲の星形成リングと比較して10倍高い。これは、星形成に伴う衝撃波がその原因ではないことを示している。
• NGC 1068における宇宙領域における反応性イオンHOC+の初検出。HCO+/HOC+豊度比は約30–80であり、分子ガスにおいて測定された中で最小である。
• HOC+の線幅は非対称的で、赤シフト側にピークを示しており、CND内でのX線処理や生成効率の不均一性を示唆している。
• XDRモデルは、観測されたHCN/HCO+およびCN/HCNの豊度比をうまく説明できるが、酸素枯渇モデルは失敗する。
• 空間分解されたデータから、西部CNDクラスタのX線照射がより強いことが示唆されており、Chandra画像で同領域に強いFe Kα線が観測されていることと整合的である。