[論文レビュー] The Herschel Virgo Cluster Survey. XI. Environmental effects on molecular gas and dust in spiral disks

C. Pappalardo, S. Bianchi+20 more|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|Jul 20, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、IRAM 30m望遠鏡を用いたCO(1-0)およびCO(2-1)線観測と、HerschelおよびVIVA調査データを組み合わせることで、バーヴォ銀河団内の渦巻銀河における分子ガスおよびダストの環境的影響を調査した。HI欠乏銀河では、分子ガスおよびダストの径方向勾配が急峻であり、ダスト対ガス比が径方向に一定または増加する傾向を示し、全ガス密度を考慮すると、分子ガスと250 μm表面輝度の間には強い相関が見られ、線形関係に近づくことが分かった。

ABSTRACT

We investigate the dust-to-gas mass ratio and the environmental effects on the various components of the interstellar medium for a spatially resolved sample of Virgo spirals. We have used the IRAM-30m telescope to map over their full extent NGC 4189, NGC 4298, NGC 4388, and NGC 4299 in the 12CO(1-0) and the 12CO(2-1) lines. We observed the same lines in selected regions of NGC 4351, NGC 4294, and NGC 4424. The CO observations are combined with Herschel maps in 5 bands between 100-500 μm from the HeViCS survey, and with HI data from the VIVA survey, to obtain spatially resolved dust and gas distributions. We studied the environmental dependencies by adding to our sample eight galaxies with 12CO(1-0) maps from the literature. We estimate the integrated mass of molecular hydrogen for the galaxies observed in the CO lines. We find molecular-to-total gas mass fractions between 0.04 \leq fmol \leq 0.65, with the lowest values for the dimmest galaxy in the B-band. The integrated dust-to-gas ratio ranges between 0.011 and 0.004. For the 12 mapped galaxies we derive the radial distributions of the atomic gas, molecular gas, and dust. We also study the effect of different CO-to-H2 conversion factors. Both the molecular gas and the dust distributions show steeper radial profiles for HI-deficient galaxies and the average dust-to-gas ratio for these galaxies increases or stays radially constant. On scales of \sim 3 kpc, we find a strong correlation between the molecular gas and the 250 micron surface brightness that is tighter than average for non-deficient galaxies. The correlation becomes linear if we consider the total gas surface mass density. However, the inclusion of atomic hydrogen does not improve the statistical significance of the correlation. The environment can modify the distributions of molecules and dust within a galaxy, although these components are more tightly bound than the atomic gas.

研究の動機と目的

• バーヴォ銀河団内のスパイラル銀河における分子ガスおよびダストの分布と質量比に及ぼす環境的影響を評価すること。
• HI欠乏が分子ガスおよびダスト成分の径方向プロファイルに与える影響を特定すること。
• COからH₂への換算係数が分子ガス質量推定に与える役割を評価すること。
• 全ガス表面密度を考慮した場合に、特に250 μmにおける分子ガスとダスト放射の相関関係を調査すること。

提案手法

• IRAM 30m望遠鏡を用いて、4つのバーヴォスパイラル銀河（NGC 4189, 4298, 4388, 4299）の空間的分解能のあるCO(1-0)およびCO(2-1)線観測を実施した。
• HeViCS調査から得た100–500 μmのHerschel光度マップと組み合わせ、ダスト表面輝度を導出した。
• VIVA調査のHIデータを統合し、全ガス表面密度およびHI欠乏度（def_HI）を決定した。
• 追加の8個の銀河について文献からのCOマップを用いてサンプルを拡張し、環境的傾向を評価した。
• 複数のCOからH₂への換算係数を適用し、分子ガス質量推定における不確実性を評価した。
• 原子ガス、分子ガス、ダストの径方向プロファイルを分析し、分子ガスと250 μm放射の相関関係を定量的に評価した。

Figure 1: NGC 4189 maps. Top left: 12 CO(1-0) Moment 0 map, contours: 4.2, 6.9, 9.6, 12.3, 15, 17.7 M ⊙ pc -2 . Top right: 12 CO(1-0) Moment 1 with 2000 $\leq$ v $\leq$ 2230 and $\Delta$ v = 28 km s -1 . Middle left: 12 CO(2-1) Moment 0 map, contours: 4, 7.25, 10.5, 13.75, 17, 20.25, 23.5 M ⊙ pc -2

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バーヴォスパイラル銀河におけるHI欠乏度が、分子ガスおよびダストの径方向分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 クラスタースパイラル銀河において、分子ガス表面密度と250 μmダスト放射の関係は何か？
• RQ3 原子ガスを含めることで、分子ガスとダスト放射の相関関係の統計的有意性が向上するか？
• RQ4 特にHI欠乏銀河において、ダスト対ガス質量比は環境に応じてどのように変化するか？
• RQ5 異なるCOからH₂への換算係数は、導出された分子ガス質量および環境的傾向にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 観測された銀河における分子ガス対全ガス質量比は0.04から0.65の範囲にあり、Bバンドで最も暗い銀河で最小値を示した。
• 統合されたダスト対ガス質量比は0.004から0.011の間で変動し、HI欠乏度が低い系ほど比が低かった。
• HI欠乏銀河では、分子ガスおよびダストの両方の径方向プロファイルが急峻であり、環境による拘束が強いことが示唆された。
• HI欠乏銀河では、ダスト対ガス比が径方向に一定または増加する傾向を示し、ダスト分布が環境によって変化している可能性がある。
• 約3 kpcスケールで、分子ガス表面密度と250 μm表面輝度の間に強い相関が存在し、全ガス表面密度を考慮すると線形関係に近づく。
• 原子水素を含めても、分子ガスとダストの相関関係の統計的有意性が顕著に向上しなかったため、強い相関は主に分子ガスとダストの共存に起因していると考えられる。

Figure 2: H $\alpha$ emission (from GOLDMine) of NGC 4189 (top row) and NGC 4298 (bottom row) with overplotted 12 CO(1-0) (left column), 250 $\mu$ m emission (middle column), and HI surface mass density (right column). The contours of 12 CO(1-0) line are 4.2, 6.9, 9.6, 12.3, 15, and 17.7 M ⊙ pc -2 f