[論文レビュー] SAGAN-II : Molecular gas content of giant radio galaxies

Pratik Dabhade, F. Combes+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、12個の巨大電波銀河（GRGs）の分子ガス含量をIRAM-30m観測を用いて調査し、燃料供給メカニズムと星形成効率を評価した。COラインで3つのGRGsが検出され、その結果、大多数はマインシーケンス上または受動的段階にあり、2つは短いガス消費時間（約200 Myr）を示しており、AGNの再活性化または環境的相互作用と関連する最近のガス燃料供給を示唆している。

ABSTRACT

Radio galaxies with jets of relativistic particles are usually hosted by massive elliptical galaxies with active nuclei powered by accretion of interstellar matter onto a supermassive black hole. In some rare cases (<5%), their jets drive the overall structure to sizes larger than 700 kpc, and they are called giant radio galaxies (GRGs). A very small fraction of the population of such radio galaxies contains molecular and atomic gas in the form of rings or discs that can fuel star formation. The origin of this gas is not well known; it has sometimes been associated with a minor merger with a gas-rich disc galaxy (e.g. Centaurus A) or cooling of material from a hot X-ray atmosphere (e.g. cooling flows). The giant radio jets might be the extreme evolution of these objects, and they can teach us about the radio galaxy evolution. We selected 12 targets from a catalogue of 820 GRGs that are likely to be in a gas-accretion and star formation phase. The targets were selected from the mid-infrared to contain heated dust. We report here the results of IRAM-30m observations, the molecular gas content, and the star formation efficiency, and we discuss the origin of the gas and disc morphology. Three out of our 12 targets are detected, and for the others, we report significant upper limits. We combine our three detections and upper limits with four additional detected GRGs from the literature to discuss the results. Most of the GRG targets belong to the main sequence, and a large fraction are in the passive domain. Their star formation efficiency is comparable to normal galaxies, except for two galaxies that are deficient in molecular gas with a short (~200Myr) depletion time, and a quiescent gas-rich giant spiral galaxy. In general, the depletion time is much longer than the lifetime of the giant radio jet.

研究の動機と目的

• 820個のGRGsから選ばれた12個の巨大電波銀河（GRGs）の分子ガス含量を特定すること。
• AGNおよびジェット活動の燃料供給メカニズムを理解するために、GRGsにおける星形成効率とガス消費時間の評価を行うこと。
• グループ相互作用や小規模な合体といった環境的要因が、GRGsにおけるガス降着およびAGN活動を引き起こす役割を調査すること。
• マインシーケンスおよび星形成暴走銀河と比較することで、GRGsの進化段階と燃料供給効率を評価すること。
• CO検出と再活性化したAGN活動との潜在的関連、特に低放射度で長期間にわたる電波源における関連を特定すること。

提案手法

• 中赤外線過剰が見られる、加熱されたダストや進行中の星形成またはAGN活動を示唆する12個のGRGsをSAGAN GRGカタログから選定した。
• IRAM-30m望遠鏡を用いてCO(1-0)およびCO(2-1)ライン観測を実施し、分子ガスの検出とその運動学的・空間的分布を測定した。
• スペクトルプロファイルを分析し、回転するディスクを示す二つの角を持つライン形状を特定。それらを指数関数的ディスクモデルにフィットさせ、半光半径を推定した。
• 文献から得た4つのCO検出GRGsと組み合わせてサンプルを拡大し、ガス含量および星形成効率に関する統計的パワーと制約を向上させた。
• Saintongeら（2017年）およびCombesら（2011年）のデータを用いて、同赤方偏移域のマインシーケンス（MS）および星形成暴走銀河と比較し、GRGsのSFRおよび分子ガス含量を評価した。
• ガス消費時間（t_dep = M_gas / SFR）を、燃料供給効率およびGRGsの進化段階を評価するための主要診断指標とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 代表的な12個の巨大電波銀河における分子ガス含量は何か？ そして、通常の星形成銀河と比べてどう異なるか？
• RQ2 GRGsにおける星形成効率およびガス消費時間は何か？ また、電波ジェットの年齢とどのように関連しているか？
• RQ3 GRGsにおけるCO検出は、再活性化したAGN活動や小規模合体・グループ相互作用といった環境的要因と関連しているか？
• RQ4 GRGsにおける分子ガス成分（例：ディスク、輪郭）の形態は、通常の銀河や星形成暴走銀河と比べてどう異なるか？
• RQ5 GRGsは星形成のマインシーケンスにどの程度従っており、受動的または静止状態に位置する割合はどれくらいか？

主な発見

• CO(1-0)およびCO(2-1)ラインで3つのGRGsが検出された：巨大スパイラル銀河のGRG-J2345−0449、およびR2-8とR2-9での懸念される検出。
• GRG-J2345−0449の分子ガスは、星形成成分と同等の半光半径を持つ指数的ディスクとして最もよくモデル化され、秩序立てた回転構造を示している。
• 本研究で得た12個と文献から得た4個を合わせた16個のGRGsのうち、8つがマインシーケンス上に、7つが受動的領域に、4つが星形成暴走銀河に分類された。
• 大多数のGRGsでは星形成効率が通常の銀河と同等であるが、2つは短いガス消費時間（約200 Myr）を示しており、ガスの急速な消費を示唆している。
• ガス消費時間が短い2つのGRGs（740 Myrおよび280 Myr）は、最近の星形成暴走およびAGN活動と関連しており、活発な燃料供給プロセスが進行中であることを示している。
• 7つのCO検出GRGsのうち4つは再活性化電波銀河に分類されており、分子ガスが最近再びAGNに燃料を供給した可能性があり、環境的要因が燃料供給において中心的な役割を果たしている可能性が示唆された。