[論文レビュー] Molecules as tracers of galaxy evolution: an EMIR survey. I. Presentation of the data and first results

F. Costagliola, S. Aalto+11 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 11, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用数 59

ひとこと要約

本研究では、3 mm帯のEMIR帯域幅観測を用いて23個の銀河における分子ガスを調査し、銀河進化の化学的トレーサーを特定した。主な発見は、PDR/XDRモデルと整合しない低水準のHNC/HCN比、HCO+が弱い源における明るいHC3Nの検出により、AGN活動よりも埋め込まれた星形成が示唆され、線強度比とダスト温度やIR発光度との相関関係である。

ABSTRACT

We investigate the molecular gas properties of a sample of 23 galaxies in order to find and test chemical signatures of galaxy evolution and to compare them to IR evolutionary tracers. Observation at 3 mm wavelengths were obtained with the EMIR broadband receiver, mounted on the IRAM 30 m telescope on Pico Veleta, Spain. We compare the emission of the main molecular species with existing models of chemical evolution by means of line intensity ratios diagrams and principal component analysis. We detect molecular emission in 19 galaxies in two 8 GHz-wide bands centred at 88 and 112 GHz. The main detected transitions are the J=1-0 lines of CO, 13CO, HCN, HNC, HCO+, CN, and C2H. We also detect HC3N J=10-9 in the galaxies IRAS 17208, IC 860, NGC 4418, NGC 7771, and NGC 1068. The only HC3N detections are in objects with HCO+/HCN<1 and warm IRAS colours. Galaxies with the highest HC3N/HCN ratios have warm IRAS colours (60/100 μm>0.8). The brightest HC3N emission is found in IC 860, where we also detect the molecule in its vibrationally excited state.We find low HNC/HCN line ratios (<0.5), that cannot be explained by existing PDR or XDR chemical models. Bright HC3N emission in HCO+-faint objects may imply that these are not dominated by X-ray chemistry. Thus the HCN/HCO+ line ratio is not, by itself, a reliable tracer of XDRs. Bright HC3N and faint HCO+ could be signatures of embedded starformation, instead of AGN activity.

研究の動機と目的

• 分子線放射を用いて23個の銀河における分子ガスの性質を調査し、銀河進化を追跡する。
• 線強度比を用いて、スターバーストおよびAGN活動の化学的トレーサーを検証する。
• X線駆動領域（XDR）およびPDRのトレーサーとしてのHCN/HCO+比とHNC/HCN比の信頼性を評価する。
• 高赤外発光度銀河（LIRGs）において、分子放射、ダスト温度、およびIR発光度との関連を調査する。
• HC3NやCNといった分子種が、銀河核の物理的状態の指標としての可能性を特定する。

提案手法

• IRAM 30 m望遠鏡に搭載されたEMIR帯域幅受信器を用いて、3 mm帯の連続スペクトルおよびライン観測を実施した。
• 主な遷移のライン強度を測定した：CO(1-0)、13CO(1-0)、HCN(1-0)、HNC(1-0)、HCO+(1-0)、CN(1-0)、C2H(1-0)、およびHC3N(10-9)。
• PDRおよびXDR化学モデルと比較するため、ライン強度比図（例：HNC/HCN、HCO+/HCN）を構築した。
• 分子放射の主要な傾向を特定するために、主成分分析を適用した。
• ライン強度比をダスト温度およびIRAS色と相関させ、進化段階を評価した。
• 空間的に解像できない単一望遠鏡データを用いて、全ガス状態を推定したが、ビーム平均化された放射の制限を認識した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HCN/HCO+比およびHNC/HCN比は、XDR支配のAGN環境とPDR支配のスターバースト環境を信頼性高く区別できるか？
• RQ2 HCO+が弱い源における明るいHC3N放射の意義は何か？ これは、埋め込まれた星形成を示唆するのか？
• RQ3 CO/13COやCN/C18Oといったライン強度比は、ダスト温度およびIR発光度とどのように相関するか？
• RQ4 なぜHNC/HCN比がサンプル全体で一貫して0.5未満であるのか？ 既存の化学モデルはこれを説明できるか？
• RQ5 観測された傾向は、光学的厚さ、励起状態、または真の濃度変化のどれに起因しているのか？

主な発見

• HC3N J=10–9は、IRAS 17208、IC 860、NGC 4418、NGC 7771、NGC 1068の5個の銀河で検出され、特にIC 860で最も強い放射を示した。
• HC3N/HCN比が最も高い銀河は、赤外発光度が高く（60/100 μm > 0.8）、すべてのHC3N検出はHCO+/HCN < 1の源に限定された。
• HNC/HCNライン強度比は、サンプル全体で一貫して0.5未満であり、これは現在のPDRまたはXDR化学モデルでは説明できない。
• HCO+とHNCの強度は反比例する：HCO+/HCN比が低いとHNC/HCN比が高くなる傾向があり、化学反応や励起状態の違いを示唆している。
• CO/13CO強度比はダスト温度と正の相関を示し、通常は約20であり、銀河系の値を上回る。
• CNおよびC18Oの放射は正の相関を示し、共通の濃度傾向やスターバースト活動による元素の豊度上昇の可能性がある。