[論文レビュー] Radio jets and outflows of cold gas

R. Morganti|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、AGN駆動銀河における電波ジェットが、中性水素（HI）および分子水素（CO）を含む冷たいガスの多重相出撃をどのように駆動しているかを調査する。高感度電波観測を用いて、特に分子相の冷たいガス出撃が非常に高い質量出撃率（Mrk231では最大600 M☉ yr⁻¹）を示すことが判明し、AGNジェットが主要な駆動要因である可能性が示唆された。これらの出撃は、銀河進化における主要なフィードバック機構を表している可能性があり、HIは分子ガス形成の前段階としての中間冷却段階として機能している可能性がある。

ABSTRACT

Massive gas outflows are considered a key component in the process of galaxy formation and evolution. It is, therefore, not surprising that a lot of effort is going in quantifying their impact via detailed observations. This short contribution presents recent results obtained from HI and CO observations of different objects where the AGN - and in particular the radio jet - is likely playing an important role in producing the gas outflows. These preliminary results are reinforcing the conclusion that these outflows have a complex and multiphase structure where cold gas in different phases (atomic and molecular) is involved and likely represent a major component. These results will also provide important constraints for establishing how the interaction between AGN/radio jet and the surrounding ISM occurs and how efficiently the gas should cool to produce the observed properties of the outflowing gas. HI likely represents an intermediate phase in this process, while the molecular gas would be the final stage. Whether the estimated outflow masses match what expected from simulations of galaxy formation, it is still far from clear.

研究の動機と目的

• 電波ジェットがAGN駆動銀河における冷たいガスの出撃に果たす役割を調査すること。
• 電波活性なAGNにおける中性水素（HI）および分子水素（CO）ガスの質量出撃率を定量化すること。
• 冷たいガスの出撃が、銀河形成シミュレーションにおけるフィードバックモデルと整合しているかを検証すること。
• 異なるAGNタイプにおける多重相出撃の運動学的および構造的複雑性を調査すること。
• HIが、出撃中に原子ガスが分子ガスに冷却・変換される過程で中間段階として機能しているかを評価すること。

提案手法

• 出撃を示すブルーシフトされた速度成分を特定するため、単一電波望遠鏡および干渉計を用いて深さのあるHI 21 cm吸収線観測を実施した。
• APEXおよび他のサブミリメートル望遠鏡を用いてCO(1-0)、CO(2-1)、および高次励起準位の線観測を実施し、分子ガスの運動学的特徴を追跡した。
• スペクトルプロファイルの非対称性、特にブルーシフトしたウェッジ（翼）を特定することで、出撃ガス成分を同定した。
• 電波、FIR、中赤外線の多波長データを統合し、出撃の兆候と電波ジェット構造およびホットスポットとの相関を評価した。
• 線幅、フラックス、カバー率推定値に基づく質量出撃率計算を用いて、フィードバックの影響を定量化した。
• 観測された出撃特性を、AGNフィードバックおよび出撃中の冷却プロセスの理論的モデルと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波活性なAGNにおける、中性水素（HI）および分子水素（CO）ガスの合計質量出撃率への寄与は何か？
• RQ2 HIおよびCO出撃の運動学的特徴は、電波ジェットおよびホットスポットの位置とどのように相関しているか？
• RQ3 観測された冷たいガスの出撃は、エネルギーおよび質量予算の観点からAGN駆動フィードバックモデルと整合的か？
• RQ4 出撃中に原子ガスが分子ガスに冷却・変換される過程で、HIが中間段階として機能しているか？
• RQ5 高い出撃率を示すにもかかわらず、なぜこのような大規模な冷たい出撃は初期型銀河では稀なのか？

主な発見

• Mrk231では、既知の分子ガス出撃に関連する、ブルーシフトしたHI吸収プロファイルのウェッジが検出され、出撃中の原子ガスの存在が示された。
• Mrk231における分子ガス出撃の質量出撃率は、標準仮定下では600 M☉ yr⁻¹以上、光深さ補正を適用すると100 M☉ yr⁻¹未満にまで低下する可能性があるが、AGN起源が支配的である可能性が示唆された。
• Mrk231におけるHI質量出撃率はやや低い（約10 M☉ yr⁻¹）であり、分子ガス成分に比べて著しく低く、分子ガスが質量出撃を支配していることが示された。
• IC 5063では、CO(2-1)プロファイルのブルーシフトしたウェッジが確認され、分子ガス出撃が裏付けられた。全質量は約10⁷ M☉であり、HI出撃質量（約3×10⁶ M☉）と同等で、いずれも温かいイオン化ガスの出撃を上回っていた。
• 3C 305では、COの速度分散が増大し、電波ホットスポット付近に弱いブルーシフトウェッジが観測されたことから、ジェットと星間媒体の相互作用が分子ガス出撃を駆動している可能性が示された。
• NGC 1266では、質量約2.4×10⁷ M☉、質量出撃率約13 M☉ yr⁻¹の巨大分子ガス出撃が検出され、短い消費時間スケール（約85 Myr）を示しており、低電波放射度にもかかわらずAGN駆動起源であると整合的であった。