[논문 리뷰] 13CO(J=1-0) Depression in Luminous Starburst Mergers, Revisited

Yoshiaki Taniguchi, Youichi Ohyama외 1명|ArXiv.org|1999. 04. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 22인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 빛나는 별폭풍 융합은 체에서 12CO(1–0)/13CO(1–0) 선 강도 비율(R1-0 > 20)이 높은 원인을 조사하며, 이는 이소토프 비율의 차이가 아닌 흥 excitatio 또는 광학적 두께 효과에 의한 것인지 테스트한다. 더 높은-J CO 전이(J=2–1)를 사용하여, 저자들은 13CO(2–1)가 12CO(2–1)에 비해 유사하게 억제됨을 발견하여, 이소토프 부족이 가장 타당한 설명임을 시사하지만, 슈퍼윈드에 의한 가스의 붕괴 가능성도 배제할 수 없다.

ABSTRACT

It is known that merging galaxies with luminous starbursts and high far-infrared luminosities tend to have higher $R_{1-0} =^{12}CO(J=1-0)/^{13}CO(J=1-0)$ integrated line intensity ratios ($R_{1-0} \simeq 20-50$) than normal spiral galaxies ($R_{1-0} \simeq 5-15$). Comparing far-infrared luminosities [L(FIR)] with those of ^{12}CO(J=1-0) and ^{13}CO(J=1-0) for a sample of normal and starburst galaxies, Taniguchi & Ohyama found that the observed high $R_{1-0}$ values for the luminous starburst mergers are attributed to their lower ^{13}CO line intensities by a factor of 3 on the average. They suggested the following two possibilities; in the luminous starburst mergers, 1) ^{13}CO is underabundant with respect to ^{12}CO, or 2) exitation and/or optical depth effects are responsible for the change in $R_{1-0}$. In this paper, we investigate the second possibility using higher transition data of both ^{12}CO and ^{13}CO emission lines. Applying the same method proposed by Taniguchi & Ohyama to both ^{12}CO(J=2-1) and ^{13}CO(J=2-1), we find that ^{13}CO(J=2-1) is also depressed with respect to ^{12}CO(J=2-1). This suggests that the ^{13}CO gas may be underabundant in the high-$R_{1-0}$ starburst mergers although we cannot rule out the possibility that excitation and optical depth effects are still affecting $R_{2-1}$, for example due to the large velocity widths in the CO emission lines. Additional observations of both ^{12}CO and ^{13}CO lines at $J \geq 3$ are required to better constrain the conditions of the molecular gas in luminous starburst galaxies.

연구 동기 및 목표

• 빛나는 별폭풍 융합은 체에서 높은 12CO(1–0)/13CO(1–0) 선 강도 비율(R1-0 > 20)이 흥 excitatio 또는 광학적 두께 효과에 의해 발생하는지, 이소토프 농도의 차이가 아닌지 판단하기 위해.
• 13CO 방출이 고-R1-0 시스템에서 억제되는 가설을 검증하기 위해 고전이 CO 전이선(J=2–1)을 분석함.
• 별폭풍 은하에서 12CO와 13CO의 흥 excitatio 조건이 먼지 온도와 별 형성 효율과 관련하여 유의미하게 다를 수 있는지 평가하기 위해.
• 형태학적 및 스펙트로스코픽 증거를 바탕으로 슈퍼윈드가 조밀한 가스 구름을 붕괴시켜 13CO 방출을 감소시키는 역할을 하는지 평가하기 위해.
• 미래의 고-J CO 선 관측(J ≥ 3)이 13CO 억제의 물리적 기원을 규명하는 데 필요함을 규명하기 위해.

제안 방법

• 빛나는 별폭풍 융합은 체 포함 24개 은하의 샘플에 대해 문헌 자료(Aalto et al. 1995; Casoli et al. 1992b)에서 12CO(2–1) 및 13CO(2–1)의 통합 선 강도를 수집함.
• 12CO(2–1)/13CO(2–1) 강도 비율(R2-1)을 계산하고 R1-0와 비교하여 전이 간 13CO 억제의 일관성을 평가함.
• 보정된 안테나 온도와 비피크처 효율을 사용하여 CO 빛의 강도(L(CO))를 유도하고, IRAS 60 및 100 μm 복사계수에서 유도된 FIR 빛의 강도(L(FIR))를 계산함.
• R2-1 및 R1-0를 먼지 온도 지표(S(60)/S(100))와 별 형성 효율(L(FIR)/L(CO))와 관련지어 물리적 경향성을 테스트함.
• 12CO J=2–1과 12CO J=1–0 사이, 13CO J=2–1과 13CO J=1–0 사이의 L(12CO J=2–1)/L(12CO J=1–0) 및 L(13CO J=2–1)/L(13CO J=1–0) 비율을 분석하여 이소토폴로그 간의 흥 excitatio 차이를 평가함.
• 형태학적 및 스펙트로스코픽 증거로 알려진 분출이 있는 고-R1-0 은하와의 교차 참조를 통해 슈퍼윈드의 역할을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빛나는 별폭풍 융합은 체에서 관측된 13CO(1–0) 억제는 흥 excitatio 또는 광학적 두께 효과에 기인하는가, 아니면 이소토프 부족에 기인하는가?
• RQ2 고-R1-0 은하에서 13CO(2–1) 선도 12CO(2–1)에 비해 억제되는가? 이는 전이 간 일관된 물리적 메커니즘을 시사하는가?
• RQ3 R1-0와 R2-1는 먼지 온도(S(60)/S(100))와 상관관계가 있는가? 이는 가스 운동 온도와의 연결 고리를 시사하는가?
• RQ4 고-R1-0 은하와 정상 은하 간에 L(12CO J=2–1)/L(12CO J=1–0) 및 L(13CO J=2–1)/L(13CO J=1–0)의 흥 excitatio 비율에 유의미한 차이가 있는가?
• RQ5 슈퍼윈드 활동이 조밀한 가스 구름의 붕괴를 통해 관측된 13CO 억제를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 빛나는 별폭풍 융합은 체에서 12CO(2–1)/13CO(2–1) 강도 비율(R2-1)도 높으며, 일반적으로 20를 초과하는 경향이 있어 J=1–0 및 J=2–1 전이 간 일관된 13CO 억제를 나타냄.
• 고-R1-0 은하에서 L(13CO J=2–1)/L(13CO J=1–0)의 평균 비율은 1.15 ± 0.71이며, 13CO의 J=1–0과 J=2–1 간에 유의미한 흥 excitatio 차이가 없음을 보여, 이는 흥 excitatio 효과가 주요 원인일 가능성이 낮음을 시사함.
• R1-0 또는 R2-1와 L(FIR)/L(CO) 비율 간에 유의미한 상관관계가 없음을 발견하여, 별 형성 효율이 고 R 값의 직접 원인일 수 없음을 시사함.
• R1-0 및 R2-1는 먼지 온도(S(60)/S(100))와 함께 증가하는 경향을 보이나, 강한 상관관계는 없어, 가스 운동 온도와의 가능하지만 간접적인 연결 고리를 시사함.
• M82의 핵에서 13CO(3–2)/12CO(3–2) 비율은 고 R3-2와 일치하지만, 비피크처 불일치로 인해 결과가 신뢰할 수 없으며, 향후 고-J CO 데이터가 필요함.
• 저자들은 이소토프 13CO의 부족이 가장 타당한 설명이라고 결론 내리며, 슈퍼윈드에 의한 조밀한 가스 구름 붕괴 가능성도 고려되지만, 이를 확인하기 위해 고-J CO 관측이 필요함.