[論文レビュー] Warm ISM in the Sgr A Complex. I: Mid-J CO, atomic carbon, ionized atomic carbon,and ionized nitrogen sub-mm/FIR line observations with the Herschel-HIFI and NANTEN2/SMART telescopes

Pablo García, R. Simon+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 71被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、ハーシェル-HIFIおよびNANTEN2/SMARTで観測された、CO(J=4–3)、[C I]、[C II]、[N II]およびイオン化炭素のサブミリ波長および遠赤外線線放出を用いて、Sgr Aコンプレックスにおける暖かい（25–90 K）銀河間ガスをマッピングする。広範囲にわたる放射線が確認され、Sgr A-East超新星残骸との相互作用によって+50 km s⁻¹の雲が月牙形の構造を示すことが判明。また、|VLSR| > 100 km s⁻¹の高速ガスがX1軌道と関連して検出され、複雑な運動学的性質と外部領域からのガス流入を示唆する。

ABSTRACT

We present large-scale submm observations towards the Sgr A Complex covering ~300 arcmin2. These data were obtained in the frame of the HEXGAL Program with the Herschel-HIFI satellite and are complemented with submm observations obtained with the NANTEN2/SMART telescope as part of the NANTEN2/SMART Central Nuclear Zone Survey. The observed species are CO(4-3) observed with the NANTEN2/SMART telescope, and [CI](1-0), [CI](2-1), [NII](1-0), and [CII](3/2-1/2) observed with the Herschel-HIFI satellite. The observations are presented in a 1 km/s spectral resolution and a spatial resolution ranging from 46" to 28". The spectral coverage of the three lower frequency lines is +-200 km/s, while in the two high frequency lines, the upper LSR velocity limit is +94 km/s and +145 km/s for the [NII] and [CII] lines, respectively. The spatial distribution of the emission in all lines is very widespread. The bulk of the CO emission is found towards Galactic latitudes below the Galactic plane, and all the known molecular clouds are identified. Both neutral atomic carbon lines have their brightest emission associated with the +50 km/s cloud. Their spatial distribution at this LSR velocity describes a crescent-shape structure, which is probably the result of interaction with the energetic event (one or several supernovae explosions) that gave origin to the non-thermal Sgr A-East source. The [CII] and [NII] emissions have most of their flux associated with the thermal Arched-Filaments and the H Region and bright spots in [CII] emission towards the Central Nuclear Disk (CND) are detected. Warm Gas at very high (|Vlsr| > 100 km/s) LSR velocities is also detected towards the line of sight to the Sgr A Complex, and it is most probably located outside the region, in the X1 orbits.

研究の動機と目的

• 銀河中心部のSgr Aコンプレックスにおける、暖かい（25–90 K）銀河間ガスの空間的およびスペクトル的分布をマッピングすること。
• 高分解能のサブミリ波長および遠赤外線線放出を用いて、分子ガスおよびイオン化ガスの物理的状態と運動学的性質を調査すること。
• 超新星残骸（例：Sgr A-East）などのエネルギー的現象とガス構造との間の相互作用を同定すること。
• X1軌道に関連する高速ガス成分を追跡し、外側銀河領域からの流入を示唆する可能性があること。

提案手法

• 約300アーキセコンド²の領域をカバーする大規模なサブミリ波長変換観測を、ハーシェル-HIFIおよびNANTEN2/SMART望遠鏡を用いて実施。
• ハーシェル-HIFIを用いて、CO(4–3)（461.0 GHz）、[C I] 3P1–3P0（492.2 GHz）、[C I] 3P2–3P1（809.3 GHz）、[N II] 3P1–3P0（1461.1 GHz）、[C II] 2P3/2–2P1/2（1900.5 GHz）の線放出を測定。
• 1 km s⁻¹のスペクトル分解能と28–46アーキセコンドの空間分解能を用い、低周波数線では±200 km s⁻¹のスペクトルカバー範囲を確保。[N II]および[C II]については上限速度範囲が制限された。
• [C I](1–0)線放出を用いたクロスキャリブレーションにより、NANTEN2/SMARTとハーシェル-HIFI間のT*ₐスケールの一貫性を確保し、ビームフィリング効果を補正。
• チャネルマップおよび統合輝度マップを作成し、速度分解能を持つ放射線構造と雲間の運動学的関係を分析。
• 特に−5 km s⁻¹付近に、スパイラル腕からの吸収特徴を特定。中央核ディスク（CND）、アーチドフィラメント、H II領域からの放射線を区別。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sgr Aコンプレックス全域における、暖かいISMの速度的および空間的分布はどのように変動するか？
• RQ2 +50 km s⁻¹における[C I]およびCOの月牙形放射線の起源と物理的メカニズムは何か？
• RQ3 高速ガス（|VLSR| > 100 km s⁻¹）の運動学的性質は、X1軌道および銀河中心ポテンシャルとどのように関連しているか？
• RQ4 Sgr A-East超新星残骸との相互作用が、+50 km s⁻¹雲の形態をどのように形作っているか？
• RQ5 雲間のストリーマ（例：−15 km s⁻¹および+20 km s⁻¹の雲）は物理的に接続されているのか、それともスパイラル腕の吸収によって人工的に分離されているのか？

主な発見

• +50 km s⁻¹雲は、[C I]およびCO(4–3)線でそれぞれ約+59 km s⁻¹および約+67 km s⁻¹で月牙形の形態を示しており、Sgr A-East超新星残骸との相互作用を示唆する。
• イオン化炭素（[C II]）の放射線は、+50 km s⁻¹雲の凸側に明るく広がる帯状構造を示し、弱い[N II]対応が確認され、強い光電離または衝撃励起が関与している可能性を示唆する。
• 中央核ディスク（CND）からの放射線は、[N II]を除くすべての線で−150 km s⁻¹から+150 km s⁻¹の広範な速度構造を示しており、複雑で乱流的なガスの運動を示す。
• CND付近の約−63 km s⁻¹に位置する3つの放射線スポット（2つ北、1つ南）は、それぞれ異なる輝度を示しており、高速ガスの物理的状態の差を示唆する。
• |VLSR| > 100 km s⁻¹の高速ガスがCO(4–3)および[C I]線で検出され、X1軌道に関連していることから、外側銀河領域からのガス流入が示唆される。
• −15 km s⁻¹および+20 km s⁻¹の雲をそれぞれ−11 km s⁻¹および+8 km s⁻¹で接続するストリーマが観測され、スパイラル腕の吸収によって線路上で分離された一連の連続構造である可能性が示唆される。