[論文レビュー] Molecular gas in the galaxy M83. I - The molecular gas distribution

A. Lundgren, Tommy Wiklind+2 more|ArXiv.org|Sep 29, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 46被引用数 48

ひとこと要約

本研究では、SEST望遠鏡を用いて、渦巻きバーバー銀河M83の全光学的ディスクにわたる高解像度12CO J=1–0およびJ=2–1観測を行い、分子ガスの分布をマッピングした。COライン比は平均で0.77の二峰性を示し、明確なバー関連発光と、約10⁷ M⊙の巨大分子集合体（GMAs）を伴う解像された分子渦巻き腕が確認された。全分子ガス質量は3.9 × 10⁹ M⊙であり、HI質量と同等であり、H₂とHIは小スケールのクラスタリングを含め、類似した空間的分布を示している。

ABSTRACT

We present CO(1-0) and CO(2-1) Swedish-ESO Submillimetre Telescope (SEST) observations of the barred spiral galaxy M83 (NGC5236). The maps cover the entire optical disk. The CO emission is strongly peaked toward the nucleus, which breaks up into two separate components in the CO(2-1) data due to the higher spatial resolution. Emission from the bar is strong, in particular on the leading edges of the bar. The molecular gas arms are clearly resolved and can be traced for more than 360\degr . Emission in the inter-arm regions is detected. The average CO CO(2-1)/CO(1-0) line ratio is 0.77. The ratio is lower than this on the spiral arms and higher in the inter-arm regions. The arms show regularly spaced concentrations of molecular gas, Giant Molecular Associations (GMA's), whose masses are of the order 10^7 Msun. The total molecular gas mass is estimated to be 3.9*10^9 Msun. This mass is comparable to the total HI mass, but H_2 dominates in the optical disk. In the disk, H_2 and HI show very similar distributions, including small scale clumping. We compare the molecular gas distribution with those of other star formation tracers, such as B and H_alpha images.

研究の動機と目的

• 高解像度COライン観測を用いて、バー付き渦巻き銀河M83における分子ガスの空間的分布をマッピングすること。
• 渦巻き構造とバーに関連する分子ガスの形態および運動学的性質を調査すること。
• 全分子ガス質量を推定し、原子水素（HI）との相対的分布を評価すること。
• CO(2–1)/(1–0)ライン比を調べることで、ガスの密度や温度といった状態を推定すること。
• BバンドおよびHα発光といった星形成トレーサーとの分子ガス分布の比較

提案手法

• CO(1–0)およびCO(2–1)の観測は、11″および7″–11″の解像度で、SEST望遠鏡を用い、10′ × 10′の領域をカバーした。
• CO(1–0)では1,900の位置、CO(2–1)では2,574の位置でスペクトルを取得し、詳細な空間的およびスペクトル的解析が可能になった。
• 空間的解像度を回復するためにデコンボリューション技術（MEM）を適用し、その後、200″のガウス型カーネルを用いた誤差ビーム補正を実施した。
• CO(2–1)スペクトルの広がりを、畳み込み処理を施したデータキューブと比較することで、誤差ビーム効率を0.27 ± 0.11として推定した。
• 速度積分COライン強度を用いて、標準的なX_CO係数を仮定してガス質量を導出した。
• 各ビーム位置におけるCO(2–1)/(1–0)ライン比を計算し、ディスク全体における励起状態の評価を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M83の光学的ディスク全体における分子ガスの分布は、特にバーと渦巻き腕とどのように関係しているか？
• RQ2 M83における全分子ガス質量はどの程度であり、原子ガス質量と比較するとどうなるか？
• RQ3 CO(2–1)/(1–0)ライン比は異なる領域でどのように変化するか？これはガス励起状態にどのような含意を持つのか？
• RQ4 例えば巨大分子集合体（GMAs）のような明確な分子ガスの集中域は存在するか？その典型的な質量はどの程度か？
• RQ5 分子ガス分布は、BバンドやHα発光といった星形成トレーサーとどのように相関しているか？

主な発見

• 分子ガスは核部に強く集中しており、CO(2–1)データは高解像度によりその2成分構造を解像した。
• バーの前方縁に沿って発光が強く、バー駆動シャocksによるガスの集中が示された。
• 分子渦巻き腕は明確に解像されており、360°以上をカバーしており、約10⁷ M⊙の質量を有する規則的な間隔のGMAsが確認された。
• 平均CO(2–1)/(1–0)ライン比は0.77であり、渦巻き腕では低く、アーム間領域では高い値を示し、励起状態のばらつきが示された。
• 全分子ガス質量は3.9 × 10⁹ M⊙と推定され、全HI質量と同等であり、H₂とHIは小スケールのクラスタリングを含め、非常に類似した空間的分布を示した。
• 分子ガス分布はBバンドやHα発光といった星形成トレーサーとよく相関しており、分子ガスと活発な星形成の間の関連を支持するものとなった。