[論文レビュー] The JCMT Nearby Galaxies Legacy Survey VI: The distribution of gas and star formation in M81

José Sánchez-Gallego, J. H. Knapen+13 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 23, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 48被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、M81における最初の完全な12CO J=3-2マップを提示し、低レベルの全般的な分子ガス放射がスパイラル腕領域に限定されていることを明らかにした。CO、Hα、H i、FUV、24 μmのデータを統合することで、分子ガスと星形成の強い相関が確認された。線幅比（J=3-2/J=1-0）の平均は0.43 ± 0.18であり、水素密度が(10³–10⁴) cm⁻³であることを示唆しており、典型的な銀河的条件と整合的である。

ABSTRACT

We present a first complete 12 CO J=3-2 map of M81, observed as part of the Nearby Galaxies Legacy Survey being carried out at the James Clerk Maxwell Telescope. We detect 9 regions of significant CO emission located at different positions within the spiral arms, and confirm that the global CO emission in the galaxy is low. We combine these data with a new H-alpha map obtained using the Isaac Newton Telescope and archival HI, 24 microns and FUV images to uncover a correlation between the molecular gas and star forming regions in M81. For the nine regions detected in CO J=3-2, we combine our CO J=3-2 data with existing CO J=1-0 data to calculate line ratios. We find that the ratio J=(3-2)/(1-0) is in agreement with the range of typical values found in the literature (0.2-0.8). Making reasonable assumptions, this allows us to constrain the hydrogen density to the range (10^3-10^4) cm^{-3}. We also estimated the amount of hydrogen produced in photo-dissociation regions near the locations where CO J=3-2 was detected.

研究の動機と目的

• JCMTを用いて、M81における12CO J=3-2遷移の分子ガス分布をマッピングすること。
• 分子ガス、星形成トレーサー（Hα、FUV、24 μm）、および原子水素（H i）の空間的相関を調査すること。
• CO J=3-2からJ=1-0への線幅比を測定し、検出領域における水素密度などの物理的条件を推定すること。
• CO放射領域付近における光分解領域（PDRs）の存在と性質を評価すること。

提案手法

• 近傍銀河レガシーサーベイの一部として、ジェームズ・クリーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）を用いてM81の完全な12CO J=3-2マップを取得した。
• アイザック・ニュートン望遠鏡を用いてHα放射マップを新たに取得し、スパイラウスおよび他の調査から得たアーカイブのH i、FUV、24 μmデータを補完した。
• CO J=3-2とH iのスペクトルプロファイルを比較することで、運動的一致性を確認し、CO検出の妥当性を検証した。
• 9つの検出領域についてCO線幅比（J=3-2）/（J=1-0）を計算し、単一成分放射移動モデルを用いて水素密度を推定した。
• CO検出付近に候補となる光分解領域（PDRs）を特定し、その水素体積密度を推定した。
• 複数波長分析を支援するために、ナサ/アプライド宇宙科学研究所外部銀河データベース（NED）およびTHINGS調査データを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M81における12CO J=3-2遷移での分子ガスはどこに分布しているか。また、その分布は星形成トレーサーとどのように比較されるか。
• RQ2 M81におけるCO J=3-2とJ=1-0線強度の関係は何か。これはガスの物理的状態にどのような示唆を与えるか。
• RQ3 M81における分子ガス（CO J=3-2）の運動的性質は、原子ガス（H i）のそれとどのように比較されるか。
• RQ4 M81における星形成は、分子ガスおよびHαやFUVなどの他のトレーサーと、どの程度空間的に相関しているか。
• RQ5 M81におけるCO放射領域付近の光分解領域（PDRs）の物理的性質、特に水素体積密度は何か。

主な発見

• 12CO J=3-2マップは、全9領域の発光を明らかにした。これらはすべてスパイラル腕内に位置し、銀河中心からの距離がD₂₅/2以内に限定されており、M81における低全般的な分子ガス含有量を裏付けた。
• 平均（J=3-2）/（J=1-0）線幅比は0.43 ± 0.18であり、他の銀河における典型的な値と整合的で、ガス状態の多様性を示唆している。
• 線幅比から導かれた水素密度は(10³–10⁴) cm⁻³の範囲に制限され、最も可能性の高い値はこの範囲の下限付近にある。
• CO J=3-2とH iの線幅プロファイルは、ピーク速度とライン幅で良好な一致を示しており、CO検出の信頼性と同様の運動的性質を裏付けた。
• CO検出付近の光分解領域（PDRs）の水素体積密度は1～178 cm⁻³の範囲にあり、最も高い密度位置に1つのコンパクトで高密度PDRが特定された。
• HαとFUVの発光は強い空間的相関を示したが、すべてのFUVが明るい領域にHαの対応が存在するわけではなかった。これは、イオン化状態や消光効果の違いを示唆している。