[논문 리뷰] A low-luminosity type-1 QSO sample: IV. Molecular gas contents and conditions of star formation in three nearby Seyfert galaxies

L. Moser, Melanie Krips외 9명|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|2017. 07. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 142인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 저광도 유형-1 QSO 샘플에 속한 세 개의 근접한 세이퍼트 은하에서 저-점프 CO 전이의 고해상도 서미밀리미터 어레이 관측을 수행하여, 분자 기체 질량이 (0.7–8.7)×10⁹ M☉이며, 운동학적으로 분리된 중심 성분이 있으며, 12CO(2–1)/13CO(2–1) 선 비율이 R₂₁ ≳ 20로 높아 고온· turbulent 기체를 나타내며, 이는 이러한 LIRG 유사 세이퍼트 은하가 극도로 높은 기체 흥(excitation) 및 역학 조건을 겪는 중심성 항성 폭발을 포함하고 있음을 시사한다. 이러한 결과는 ULIRG 유사 CO-to-H₂ 질량 변환 인자(인자)가 필요하다고 나타낸다.

ABSTRACT

We present a pilot study of ~ 3" resolution observations of low CO transitions with the Submillimeter Array in three nearby Seyfert galaxies, which are part of the low-luminosity quasi-stellar object (LLQSOs) sample consisting of 99 nearby (z = 0.06) type-1 active galactic nuclei (AGN) taken from the Hamburg/ESO quasi-stellar object (QSO) survey. Two sources were observed in 12CO(2-1) and 13CO(2-1) and the third in 12CO(3-2) and HCO+(4-3). None of the sources is detected in continuum emission. More than 80% of the 12CO detected molecular gas is concentrated within a diameter (FWHM) < 1.8 kpc. 13CO is tentatively detected, while HCO+ emission could not be detected. All three objects show indications of a kinematically decoupled central unresolved molecular gas component. The molecular gas masses of the three galaxies are in the range M_mol = (0.7 - 8.7) x 10^9 M_sun. We give lower limits for the dynamical masses of M_dyn > 1.5 x 10^9 M_sun and for the dust masses of M_dust > 1.6 x 10^6 M_sun. The R21 =12CO/13CO(2-1) line luminosity ratios show Galactic values of R21 ~ 5 - 7 in the outskirts and R21 > 20 in the central region, similar to starbursts and (ultra)luminous infrared galaxies ((U)LIRGs; i.e. LIRGs and ULIRGs), implying higher temperatures and stronger turbulence. All three sources show indications of 12CO(2-1)/12CO(1-0) ratios of ~ 0.5, suggesting a cold or diffuse gas phase. Strikingly, the 12CO(3-2)/(1-0) ratio of ~ 1 also indicates a higher excited phase. Since these galaxies have high infrared luminosities of L_IR > 10^11 L_sun and seem to contain a circumnuclear starburst with minimum surface densities of gas and star formation rate (SFR) around Σ_mol = 50 - 550 M_sun pc^-2 and Σ_SFR = 1.1 - 3.1 M_sun kpc^-2 yr^-1, we conclude that the interstellar medium in the centers of these LIRG Seyferts is strongly affected by violent star formation and better ...

연구 동기 및 목표

• 세 개의 근접한 저광도 유형-1 QSO에서 세이퍼트 활동을 보이는 중심 영역 내 분자 기체 함량과 흥 조건을 조사하기 위해.
• 고해상도 서미밀리미터 간섭계를 사용하여 분자 기체의 공간 분포와 운동학을 규명하기 위해.
• 저광도 AGN 환경에서 기체 흥 조건이 CO-to-H₂ 질량 변환 인자에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 이들 은하의 간성 물질이 밀키웨이 유사 또는 ULIRG 유사 물리 조건으로 더 잘 기술되는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 세 개의 근접한 세이퍼트 은하에서 12CO(2–1), 13CO(2–1), 12CO(3–2), HCO⁺(4–3) 전이에 대해 약 3″ 해상도의 서미밀리미터 어레이(SMA) 관측을 수행하였다.
• 기체 온도, 밀도 및 흥 조건를 추론하기 위해 선 루멘리시티 비율 R₂₁ = L′(12CO 2–1)/L′(13CO 2–1)을 분석하였다.
• 표준 CO-to-H₂ 변환 인자를 사용하여 통합 선 유도량에서 분자 기체 질량 M_mol을 추정하였다.
• 중심 영역에서 비르발 평형을 가정하여 기체 운동학에서 유도된 천체역학 질량 M_dyn을 추정하였다.
• 연속기 탐지 실패에 기반한 하한값을 사용하여 먼지 질량 M_dust를 유도하였다.
• 다양한 ISM 상황를 추론하기 위해 관측된 CO 선 비율(예: 12CO(2–1)/12CO(1–0) ≈ 0.5 및 12CO(3–2)/12CO(1–0) ≈ 1)를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이 저광도 세이퍼트 은하의 중심 영역에서 분자 기체 질량과 공간 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 CO 선 비율을 통해 추적된 분자 기체의 흥 조건은 밀키웨이와 ULIRGs에 비해 어떻게 다른가?
• RQ3 중심 주변 영역에서의 천체역학 질량과 먼지 질량은 기체 질량과 항성 형성 효율을 어떻게 제약하는가?
• RQ4 관측된 선 비율을 고려할 때, 이들 은하에서의 CO-to-H₂ 질량 변환 인자는 밀키웨이 값인지 ULIRG 값으로 더 잘 기술되는가?

주요 결과

• 세 은하의 분자 기체 질량은 (0.7–8.7)×10⁹ M☉이며, 이 중 80% 이상이 1.8 kpc 이내의 직경에 집중되어 있다.
• 모든 세 은하에서 운동학적으로 분리된, 해상도가 낮은 중심 분자 기체 성분이 관측되었으며, 이는 복잡한 역학을 시사한다.
• 외곽 영역에서 12CO(2–1)/13CO(2–1) 선 루멘리시티 비율 R₂₁는 약 5–7이며, 중심에서는 >20로 나타나, 고온 및 난류 기체를 나타내며 ULIRGs와 유사하다.
• 12CO(2–1)/12CO(1–0) 비율은 약 0.5로 냉각 또는 희박한 기체 상황을 시사하고, 12CO(3–2)/12CO(1–0) 비율이 약 1이므로 고에너지 흥 상태 기체 성분이 있음을 나타낸다.
• 천체역학 질량은 1.5×10⁹ M☉를 초과하고 먼지 질량은 >1.6×10⁶ M☉이며, 이는 낮은 CO-to-H₂ 질량 변환 인자를 지지한다.
• 관측된 흥 조건 패atters는 중심 영역에서 고온 및 고난류 조건으로 인해 이들 은하의 간성 물질이 ULIRG 유사 CO-to-H₂ 질량 변환 인자로 가장 잘 기술된다는 것을 시사한다.