[論文レビュー] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA): IV. Gravitational Torques and AGN Feeding

S. García‐Burillo, F. Combes+3 more|ArXiv.org|Jul 4, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 64被引用数 106

ひとこと要約

本論文は、4つの低光度AGNを有する銀河（NGC 4321、4826、4579、6951）において、星間物質の核への流入を駆動するメカニズムとして、星のポテンシャルに起因する重力的トルクの働きを調査している。トルクは200 pc以内で主に正であり、流入を妨げる。この障壁を克服するには一時的なトルクや高密度核輪における粘性が寄与すると提案され、銀河の生涯にわたり反復的なAGNの活性化が可能になると示唆されている。

ABSTRACT

We discuss the efficiency of stellar gravity torques as a mechanism to account for the feeding of the central engines of four low luminosity AGN: NGC4321, NGC4826, NGC4579 and NGC6951. These galaxies have been observed as part of the NUGA CO project, aimed at the study of AGN fueling mechanisms. Our calculations allow us to derive the characteristic time-scales for gas flows and discuss whether torques from the stellar potentials are efficient enough to drain the gas angular momentum in the inner 1 kpc of these galaxies. Results indicate paradoxically that feeding should be thwarted close to the AGN: in the four cases analyzed, gravity torques are mostly positive inside r~200pc, resulting in no inflow on these scales. As a possible solution for the paradox, we speculate that the agent responsible for driving inflow to still smaller radii is transient and thus presently absent in the stellar potential. Alternatively, the gravity torque barrier associated with the ILR of the bars in these galaxies could be overcome by other mechanisms that become competitive in due time against gravity torques. We find that viscosity can counteract moderate--to--low gravity torques on the gas if it acts on a nuclear ring of high gas surface density contrast and a few 100pc size. We propose an evolutionary scenario in which gravity torques and viscosity act in concert to produce recurrent episodes of activity during the typical lifetime of any galaxy. In this scenario the recurrence of activity in galaxies is indirectly related to that of the bar instabilities.

研究の動機と目的

• 低光度AGNの中心部における分子ガスの流入を駆動する星の重力的トルクの効率を評価すること。
• 重力的トルクのみで、銀河の内側1 kpcにおける観測されたAGNの餌付けを説明できるかどうかを特定すること。
• 粘性とガス自己重力が、AGN付近のトルク障壁を克服するための代替的または補完的メカニズムとして果たす役割を評価すること。
• バーの進化と関連して、反復的なAGN活動が生じるシナリオを提示すること。この場合、活性化段階がバーの最大強度と一致しない場合でも成立する。

提案手法

• 4つの銀河の高解像度近赤外(NIR)画像から星のポテンシャルを導出。
• 高解像度CO(1–0)およびCO(2–1)マップ（角分解能 ~0.5”–2”）を用いて、分子ガスに作用する平均効果的トルクを推定。
• ネットトルクとガス面密度プロファイルに基づき、特徴的な流入 timescale を計算。
• 核輪における粘性 timescale と動的 timescale を比較することで、粘性と重力的トルクの相対的効率を評価。
• ガス自己重力が重力的ポテンシャルに与える影響を推定するため、半径関数としてのガス質量分率を評価。
• 個別ケース分析により、各標本銀河における粘性と重力的トルクの効果を比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の重力的トルクは、低光度AGN宿主銀河の内側1 kpcにおいて、顕著なガス流入を駆動するのに十分か？
• RQ2 大規模なバーが存在するにもかかわらず、半径200 pc未塔でなぜガス流入が妨げられるのか？
• RQ3 高表面密度核輪における粘性は、正のトルク障壁を克服し、AGNの餌付けを可能にするか？
• RQ4 ガス自己重力と非軸対称構造は、重力的ポテンシャルと流入効率にどのように影響を与えるか？
• RQ5 バーの進化サイクルと、低光度銀河におけるAGN活動の反復的発現との関係は何か？

主な発見

• 4つのすべての銀河において、約200 pc以内では重力的トルクが主に正であり、ガスの流入を妨げる浄外向きトルクを示している。
• 約200 pcにおけるトルク障壁は、これらのシステムにおける核の餌付けを重力のみで説明できないことを示唆している。
• 高密度核輪（ガス表面密度対比が高く、サイズが数100 pc程度）において、粘性が中程度～低程度の重力的トルクを相殺できる。
• NGC 4826およびNGC 4321ではガス自己重力が顕著であり、約100 pcでガス質量分率が10–15%に達し、非軸対称不安定性に影響を与える可能性がある。
• NGC 6951およびNGC 4579では、約100から1000 pcの範囲でガス質量分率が低く（1–3%）保たれ、自己重力の影響は最小限である。
• バーの生涯を通じて重力的トルクと粘性が協働することで、ピークバー強度と一致しない場合でも反復的なAGN活動が可能になると、シナリオが提示された。