[論文レビュー] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA): XII. The head-on collision in NGC1961

F. Combes, A. J. Baker+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 52被引用数 27

ひとこと要約

この論文は、NGC 1961の極端な形態——特にその巨大なサイズ、ねじれた円盤、中心からずれたリング、鋭い南側のガス境界——の原因として、質量比約1:4の正面衝突型小規模合体を提案している。高分解能CO(1–0)およびCO(2–1)マップにより、急激な速度勾配と外向きに伝わるリング波が観測され、これが衝突駆動のシナリオを支持しており、動的質量の過大評価と低光度AGNの燃料供給を説明できる。

ABSTRACT

We present high-resolution CO(1-0) and CO(2-1) maps of the LINER 2 galaxy NGC1961. This galaxy is unusual among late-type (Sc) disk galaxies in having a very large radial extent and inferred dynamical mass. We propose a head-on collision scenario to explain the perturbed morphology of this galaxy- both the off-centered rings and the inflated radius. This scenario is supported by the detection of a steep velocity gradient in the CO(1-0) map at the position of a southwest peak in radio continuum and near-infrared emission. This peak would represent the remnant of the disrupting companion. We use numerical models to demonstrate the plausibility of the scenario. While ram pressure stripping could in principle be important for shocking the atomic gas and produce the striking head-tail morphology, the non detection of this small galaxy group in X-ray emission suggests that any hot intragroup medium has too low a density. The collision with the companion of mass ratio 1:4 produces a lopsided wave, which accounts for the sharp boundary observed in the atomic gas on the southern side. We argue that NGC1961 has a strongly warped disk, which gives the false impression of a nearly face-on system; the main disk is actually more edge-on, and this error in the true inclination has led to the surprisingly high dynamical mass for a morphologically late-type galaxy. In addition, the outward propagating ring artificially enlarges the disk. The collision de-stabilizes the inner disk and can provide gas inflow to the active nucleus.

研究の動機と目的

• S型の晩期スパイラル銀河であるNGC 1961が、そのハッブル型に比して異常に大きな動的質量と拡張した円盤を持つ理由を説明すること。
• 銀河の正面からの外観と高い推定質量との乖離を解消すること。これは、強いねじれにより傾きが誤って推定されている可能性があるため。
• ランプ圧力剥がしと小規模合体のどちらが、中心からずれたリングや鋭い南側ガス境界といった非対称なガス構造を説明できるかを特定すること。
• 小規模合体が、銀河中心に存在する低光度AGN（LINER 2）の燃料供給に果たす役割を調査すること。
• 観測されたリング波およびスプーク状の特徴が、力学的摩擦と波動伝播を伴う衝突シナリオによって再現可能かどうかを検証すること。

提案手法

• IRAM Plateau de Bure干渉計を用いたCO(1–0)およびCO(2–1)線の高分解能干渉観測により、分子ガスの運動学的および形態的特徴をマッピングすること。
• CO(1–0)マップにおける速度勾配の分析により、特に電波および近赤外線で明るい南西ピーク付近に、最近の衝突に由来する運動学的特徴を特定すること。
• 質量比約1:4の正面衝突を想定した数値的流体力学的シミュレーションを実施し、リング波、スプーク構造、ガスの内向き流入の形成をモデル化すること。
• 観測されたリング形態と鋭い南側ガス境界を、モデル予測と比較して、合体シナリオとランプ圧力剥がしの両者を検証すること。
• 力学的摩擦モデルを用いて、合体の timescale と最終状態を推定する。同伴天体に制約がないため、剛体と仮定している。
• 速度分散（3×10⁸ M☉）とEddington比（10⁻⁶–10⁻⁵）を用いてブラックホール質量を推定し、AGNの燃料供給レベルを文脈づけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜS型の晩期スパイラル銀河NGC 1961は、そのハッブル型に比して異常に大きなサイズと高い動的質量を持つのか？
• RQ2 なぜNGC 1961は鋭い南側ガス境界と中心からずれたリングを示すのか？これは小規模合体かランプ圧力剥がしによって説明可能か？
• RQ3 同伴銀河との正面衝突が、分子ガス分布における観測されたリング波およびスプーク状の特徴をどのように説明できるのか？
• RQ4 NGC 1961の円盤のねじれが、動的質量と傾きの過大評価にどの程度寄与しているのか？
• RQ5 小規模合体シナリオは、NGC 1961の間歇的燃料供給を示す低光度AGN（LINER 2）を説明できるか？

主な発見

• 質量比1:4の正面衝突シナリオが、観測された運動学的および形態的特徴——特に南西ピークにおける急激な速度勾配——を最もよく説明しており、これは破壊された同伴天体の残骸と解釈される。
• 衝突モデルは自然に外向きに伝播するリング波と大きなピッチ角を持つスプーク構造を生成し、観測されたCO(1–0)およびCO(2–1)の形態と一致する。
• 鋭い南側ガス境界は、薄いねじれたガス円盤の幾何学的投影によって説明され、ランプ圧力剥がしによるものではない。X線非検出結果から、高温の密度の高い媒体が存在しないことが裏付けられている。
• 円盤のねじれは、傾きの誤推定を引き起こし、結果として動的質量が過大評価されている。実際の円盤は以前の推定よりもはるかに縁側に近い。
• 小規模合体は内側円盤を不安定化させ、棒構造の形成を促進するか、棒の強度を高め、ガスの内向き流入を容易にすることでAGNの燃料供給を促進する可能性がある。
• このモデルは、NGC 1961が低光度AGNにおける小規模合体由来の燃料供給の代表例であることを支持しており、Eddington比は約10⁻⁶–10⁻⁵であり、間歇的降着と整合的である。