[論文レビュー] Molecular gas chemistry in AGN. II. High-resolution imaging of SiO emission in NGC1068: shocks or XDR?

S. García‐Burillo, A. Usero+8 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2010

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 66被引用数 40

ひとこと要約

本研究は、高分解能PdBI観測によるSiO(2–1)およびCN(2–1)線を用いて、NGC 1068の周核円盤におけるSiOおよびCNの過剰な生成の起源を調査した。衝撃がSiOおよびHNCO/CH₃OH比を説明できる可能性がある一方で、X線放射（XDR）化学がCNおよびSiOの高濃度を最もよく説明しており、これらは硬X線放射と強く相関しており、NGC 1068のCNDが巨大なXDRであることを示している。

ABSTRACT

This paper is part of a multi-species survey of line emission from the molecular gas in the circum-nuclear disk (CND) of the Seyfert 2 galaxy NGC1068. Single-dish observations have provided evidence that the abundance of silicon monoxide(SiO) in the CND of NGC1068 is enhanced by 3-4 orders of magnitude with respect to the values typically measured in quiescent molecular gas in the Galaxy. We aim at unveiling the mechanism(s) underlying the SiO enhancement. We have imaged with the IRAM Plateau de Bure interferometer the emission of the SiO(2-1) and CN(2--1) lines in NGC1068 at 150pc and 60pc spatial resolution, respectively. We have also obtained complementary IRAM 30m observations of HNCO and methanol (CH3OH) lines. SiO is detected in a disk of 400pc size around the AGN. SiO abundances in the CND of (1-5)xE-09 are about 1-2 orders of magnitude above those measured in the starburst ring. The overall abundance of CN in the CND is high: (0.2-1)xE-07. The abundances of SiO and CN are enhanced at the extreme velocities of gas associated with non-circular motions close to the AGN (r<70pc). Abundances measured for CN and SiO, and the correlation of CN/CO and SiO/CO ratios with hard X-ray irradiation, suggest that the CND of NGC1068 has become a giant X-ray dominated region (XDR). The extreme properties of molecular gas in the circum-nuclear molecular disk of NGC1068 result from the interplay between different processes directly linked to nuclear activity. Whereas XDR chemistry offers a simple explanation for CN and SiO in NGC1068, the relevance of shocks deserves further scrutiny. The inclusion of dust grain chemistry would help solve the controversy regarding the abundances of other molecular species, like HCN, which are under-predicted by XDR models.

研究の動機と目的

• NGC 1068の周核円盤（CND）におけるSiOおよびCNの極端な増加を引き起こす物理的メカニズムを特定すること。
• CNDにおける分子濃度を形作る主要なプロセスとして、衝撃誘発化学とX線支配領域（XDR）化学のどちらが優勢であるかを区別すること。
• 非円形運動および高速ガスが化学的差異化および分子線強度の増加を引き起こす役割を評価すること。
• XDRモデルが観測されたSiO、CNおよびCOの濃度比を説明できるかを評価し、HCNの予測値の不一致を解消するためにほこり粒子の化学が必要かを検討すること。
• 150 pcおよび60 pcの分解能で分子ガスの空間的・運動的構造をマッピングし、核活動と化学的異常を結びつけること。

提案手法

• IRAM Plateau de Bure Interferometer（PdBI）を用いて、86.8 GHzのSiO(2–1)および226.8 GHzのCN(2–1)の高分解能干渉観測を実施し、それぞれ150 pcおよび60 pcの空間分解能を達成した。
• 衝撃ガスをトレースするために、補足的な単一電波望遠鏡30 m望遠鏡によるHNCOおよびCH₃OH線の観測を実施し、銀河系の代表的衝撃領域との線比を比較した。
• CND全域で空間分解された線比（SiO/CO、CN/CO）を計算し、X線放射マップと相関させて化学的差異化を評価した。
• SiOおよびCN線放出の運動論的解析を実施し、70 pc未塔の半径で円運動からのずれを検出し、非円形および非同一平面運動を同定した。
• 速度積分線強度とCO放出を基準として濃度計算を実施し、X(SiO)およびX(CN)をそれぞれ1–5×10⁻⁹および0.2–1×10⁻⁷の範囲で算出した。
• 理論的XDR化学モデルを観測された濃度傾向と比較し、特にSiO/COおよびCN/CO比と硬X線放射との相関に注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1068のCNDにおけるSiOの3–4桁の増加を引き起こす支配的物理メカニズムは何か？
• RQ2 銀河系の衝撃領域と類似した線比を示すHNCO/SiOおよびCH₃OH/SiO比が観測されたが、衝撃化学だけではCNDにおけるこれらの比を説明できるか？
• RQ3 なぜNGC 1068におけるCNおよびSiOの高濃度は、衝撃およびPDR化学モデルの両方と整合しないのか？
• RQ4 X線放射（XDR）がCNDにおけるSiOおよびCNの空間的・運動的パターンをどの程度説明できるか？
• RQ5 SiOおよびCNの観測濃度比が硬X線放射とどの程度相関するか、そしてCNDにおける支配的化学が何であるかを示唆するか？

主な発見

• SiO放出はAGNの周囲に400 pcの直径を持つ円盤を示しており、ピーク濃度は(1–5)×10⁻⁹であり、星形成リングと比較して1–2桁高い。
• SiO/COの輝度温度比はAGNおよび西側のクラスター付近で約0.10–0.12にピークを示し、高速度域での化学的差異化を示している。
• CN放出は同程度のサイズのCNDで検出されており、全体の濃度は(0.2–1)×10⁻⁷、AGN付近でCN/CO比が約0.30のピークを示している。
• 半径70 pc未塔の高速SiOおよびCN放出は、極端な非円形運動と強く相関しており、動的擾乱を受けるガスにおける化学的強化を示唆している。
• SiOおよびCNの濃度に加え、硬X線放射との相関から、X線支配領域（XDR）化学が最も適切に説明しており、衝撃やPDRとは異なる。
• HNCO/SiOおよびCH₃OH/SiO比は銀河系の衝撃領域と一致するが、CNの強度と濃度は衝撃モデルでは再現できず、XDRが支配的メカニズムであることを支持している。