[論文レビュー] Molecular line emission in NGC1068 imaged with ALMA. I An AGN-driven outflow in the dense molecular gas

S. García‐Burillo, F. Combes+23 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|May 28, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 155被引用数 177

ひとこと要約

ALMAサイクル0での観測により、この研究ではNGC 1068の密度の高い分子ガスを0.3–0.5角秒の分解能でマッピングし、中心核ディスク（CND）に、質量放出率が約63 M☉ yr⁻¹の巨大なAGN駆動型分子流れを明らかにした。これは星形成率を10倍以上上回っており、AGNのイオン化コーンがCNDを通過する際に流れが発生し、高い運動量と運動エネルギーを有することから、AGNフィードバックが駆動機構であることが確認された。CNDにおけるガス消費時間スケールは1 Myr未満である。

ABSTRACT

We investigate the fueling and the feedback of star formation and nuclear activity in NGC1068, a nearby (D=14Mpc) Seyfert 2 barred galaxy, by analyzing the distribution and kinematics of the molecular gas in the disk. We have used ALMA to map the emission of a set of dense molecular gas tracers (CO(3-2), CO(6-5), HCN(4-3), HCO+(4-3) and CS(7-6)) and their underlying continuum emission in the central r ~ 2kpc of NGC1068 with spatial resolutions ~ 0.3"-0.5" (~ 20-35pc). Molecular line and dust continuum emissions are detected from a r ~ 200pc off-centered circumnuclear disk (CND), from the 2.6kpc-diameter bar region, and from the r ~ 1.3kpc starburst (SB) ring. Most of the emission in HCO+, HCN and CS stems from the CND. Molecular line ratios show dramatic order-of-magnitude changes inside the CND that are correlated with the UV/X-ray illumination by the AGN, betraying ongoing feedback. The gas kinematics from r ~ 50pc out to r ~ 400pc reveal a massive (M_mol ~ 2.7 (+0.9, -1.2) x 10^7 Msun) outflow in all molecular tracers. The tight correlation between the ionized gas outflow, the radio jet and the occurrence of outward motions in the disk suggests that the outflow is AGN-driven. The outflow rate estimated in the CND, dM/dt ~ 63 (+21, -37) Msun yr^-1, is an order of magnitude higher than the star formation rate at these radii, confirming that the outflow is AGN-driven. The power of the AGN is able to account for the estimated momentum and kinetic luminosity of the outflow. The CND mass load rate of the CND outflow implies a very short gas depletion time scale of <=1 Myr.

研究の動機と目的

• Seyfert 2銀河NGC 1068における密度の高い分子ガスが、燃料供給およびフィードバック過程に果たす役割を調査すること。
• ガス降着とAGNフィードバックが流入・流出メカニズムによって自己調整可能かどうかを特定すること。
• 高分解能ALMAデータを用いて、中心2 kpcにおける密度の高い分子ガス（n(H₂) ≥ 10⁵–10⁶ cm⁻³）の運動学的および空間的分布を解明すること。
• ALMAのダスト連続スペクトルと多波長データを用いて、仮定されるAGNトルスの幾何学的および物理的性質を制約すること。
• 外縁ディスクからのガス流入の痕跡とCNDからの流出の痕跡を特定し、それらが核活動の制御に果たす役割を評価すること。

提案手法

• ALMAサイクル0の観測により、NGC 1068の中心2 kpcにおいて、CO(3–2)、CO(6–5)、HCN(4–3)、HCO⁺(4–3)、CS(7–6)トレーサーからの分子線放射を0.3–0.5角秒の分解能（距離D = 14 Mpcで20–35 pc）でマッピングした。
• CO(3–2)の速度場をフーリエ分解することで、回転運動と径方向の流入・流出を分離した。
• ALMAのダスト連続スペクトルを近赤外および中赤外データと組み合わせ、CLUMPYモデルを用いてAGNトルスをモデリングした。
• 分子線比の分析により、ガスの励起状態とイオン化状態の変化を追跡し、AGNからのフィードバック効果を示した。
• イオン化ガスネビュラシティ、電波ジェット、および分子流れの痕跡の空間的および運動学的相関関係を用いて、流れの起源を推定した。
• CNDにおける速度勾配と視線方向の積分から導かれる質量フラックスに基づき、流出率を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1068の中心核ディスクにおける密度の高い分子ガスはAGNフィードバックによって駆動されており、その流出率はいかほどか？
• RQ2 AGNのイオン化コーンはどのように分子ガスと相互作用し、観測された流れを発生させているか？
• RQ3 中心核ディスクはガスの流入およびAGNの燃料供給をどのように制御しているか？
• RQ4 観測された流出および流入の運動学的特徴は、核における星形成とガス降着の自己調整機構を説明できるか？
• RQ5 多波長ダスト連続スペクトルモデリングによって制約される、仮定されるAGNトルスの幾何学的形状とサイズは何か？

主な発見

• ALMAにより、20–35 pcの分解能でNGC 1068の密度の高い分子ガスが解像され、中心核ディスク（CND）に質量放出率63⁺²¹₋₃₇ M☉ yr⁻¹の巨大な分子流れが存在することが明らかになった。
• 流出率はCNDにおける星形成率を10倍以上上回っており、流れがAGN駆動であることが確認された。星形成駆動ではなく、AGN由来である。
• 流れは空間的および運動学的にイオン化ガスネビュラシティおよび電波ジェットと相関しており、AGNのイオン化コーンがCNDを通過する際に流れが発生していることが示唆された。
• CNDにおけるガス消費時間スケールは1 Myr未満であり、流出によるガスの高負荷率が原因である。
• ダスト連続スペクトルおよび多波長モデリングにより、トルス半径は20⁺⁶₋₁₀ pcと推定され、AGN統一模型と整合的である。
• CO(3–2)速度場のフーリエ分解により、バー部および星形成リング部では内向きの径方向流れが観測されたが、CNDおよびバッシュ・ショックアーク部では回転運動に重畳して外向きの径方向運動が観測され、流れの励起と整合的であった。