[論文レビュー] Molecular Gas in the Galactic Center Region II. Gas mass and N(H_2)/I(^12CO) conversion based on a C^18O(J = 1 -> 0) Survey

G. Dahmen, S. Huettemeister+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 1997

Spectroscopy and Laser Applications被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、高分解能のC^18O(J=1→0)観測を用いて、銀河中心における標準的CO- to-H₂換算係数（SCF）を再評価した。SCFは、可変な光学厚さと非一様な励起のため、分子水素の柱密度を10倍以上過大評価しており、銀河バルジへの適用は無効であると判明した。また、銀河バルジにおけるH₂質量のトレーサーとして^12CO線放出は不適切であることが示された。

ABSTRACT

The large scale structure and physics of molecular gas in the Galactic center region is discussed based on the analysis of a 9' resolution survey of the Galactic center region in the J=1->0 line of C^18O. Emphasis is placed on the comparison with ^12CO(1--0) data. The line shapes of C^18O(1--0) and ^12CO(1--0) differ significantly. The ratio of the intensities of the two isotopomers in the Galactic center region is generally higher than the value of ~15 expected from the ``Standard Conversion Factor'' (SCF) of ^12CO integrated line intensity to H_2 column density. In our data, this ratio is in the range from 30 to 200, mostly ~60 to 80. From LVG calculations, we estimate that the large scale ^12CO(1--0) emission in the Galactic center region is of moderate or low optical depth. Higher optical depths are restricted to very limited regions. We estimate H_2 densities and kinetic temperatures for different ranges of intensity ratios. A considerable amount of molecular mass is in a widespread molecular gas component with low densities and high kinetic temperatures. The total molecular mass is found to be (3^+2_-1) 10^7 M_{sun}. We show that the SCF is not valid toward the Galactic bulge. It overestimates the H_2 column density by an order of magnitude because the assumptions required for this factor are not fulfilled for a significant fraction of the molecular gas. Therefore, also one cannot apply a modified conversion factor to the Galactic center region since the N(H_2)/I(^12CO) ratio is highly variable and cannot be represented by a universal constant. Results from external galaxies indicate that the ^12CO emission is generally not a suitable tracer of H_2 masses in galactic bulges.

研究の動機と目的

• 銀河中心領域における標準的CO- to-H₂換算係数（SCF）の信頼性を再評価すること。
• C^18O(J=1→0)線データを用いて、銀河バルジにおける真の分子ガス質量および物理的状態を特定すること。
• 銀河バルジにおける^12CO(1–0)線放出がH₂質量のトレーサーとして妥当かどうかを検討すること。
• N(H₂)/I(^12CO)比の変動を定量化し、その光学厚さおよび励起条件への依存関係を解明すること。
• 銀河中心に普遍的または修正された換算係数を適用可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 銀河中心領域における9′解像度のC^18O(J=1→0)調査を実施し、分子ガスをトレースした。
• C^18O(1–0)線プロファイルと^12CO(1–0)データを比較して、光学厚さおよび励起の違いを評価した。
• 大型速度勾配（LVG）モデルを用いて、観測された強度比からH₂密度および動的温度を推定した。
• 異なる領域におけるN(H₂)/I(^12CO)比を計算し、標準換算係数からの乖離と変動を評価した。
• 得られたH₂柱密度を調査領域全体にわたって統合して、全分子ガス質量を推定した。
• 非一様な励起および光学厚さの条件下で、SCFおよび修正換算係数の適用可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的CO- to-H₂換算係数（SCF）は銀河中心領域に有効か？
• RQ2 N(H₂)/I(^12CO)比は銀河中心全域でどのように変動し、その変動の原因は何か？
• RQ3 銀河バルジにおける分子ガスの物理的状態（密度、温度、光学厚さ）は何か？
• RQ4 ^12CO(1–0)線放出は、どの程度銀河バルジにおけるH₂質量を信頼できるトレーサーとして機能するか？
• RQ5 普遍的または修正された換算係数を銀河中心に適用可能か、それとも比の空間的変動が強すぎるか？

主な発見

• 銀河中心におけるN(H₂)/I(^12CO)比は30～200であり、標準値の約15よりも顕著に高く、大部分が60～80の間である。
• 銀河中心における^12CO(1–0)線放出は、大スケールで中程度から低めの光学厚さを示しており、高光学厚さは小領域に限定されている。
• 分子ガスの大部分は低密度かつ高動的温度を示しており、全質量に顕著な寄与をしている。
• 銀河中心領域の全分子ガス質量は(3⁺²₋₁) × 10⁷ M☉と推定された。
• 標準換算係数（SCF）は、銀河バルジにおいてH₂柱密度を約10倍過大評価している。
• N(H₂)/I(^12CO)比の強い空間的変動のため、普遍的または修正された換算係数を信頼して適用することはできない。