[논문 리뷰] A search for molecular gas in high redshift radio galaxies

R. van Ojik, H. J. A. Roettgering외 9명|arXiv (Cornell University)|1996. 10. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 IRAM, JCMT, VLA, OVRO를 포함한 전파망원경을 사용하여 14개의 고적도 전파은하(지수 z > 2)에서 분자가스를 탐색하였다. 유의미한 CO 복사가 검출되지 않았으며, 분자가스 질량에 대한 상한선이 10¹¹ M☉ 이하로 제시되어, 이 은하들이 이전에 제안된 극도의 항성 형성률을 가질 수는 없지만, 국지적 스타버스트와 유사한 수준의 항성 형성을 계속하고 있을 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present results of an extensive search for molecular gas in 14 high redshift ($z>2$) radio galaxies. Radio galaxies with redshifts between 2.0 and 4.3 were observed during several sessions on two different single-dish telescopes (IRAM and JCMT) and two interferometric arrays (VLA and OVRO). No significant CO emission to a 2$σ$ limit of a few times 10^{10} K km s^{-1} pc^2 was detected in any of these objects. The limits on the CO emission achieved indicate that, assuming a CO-H$_2$ conversion factor similar to the Galactic value, the mass of enriched molecular gas in these galaxies is less than $10^{11} $M$_{\odot}$. This suggests that distant radio galaxies may not be forming stars at the extremely high rates that have earlier been proposed, although they may still be forming stars at rates comparable to those of local starburst galaxies.

연구 동기 및 목표

• 고적도 전파은하(지수 z > 2)에서 분자가스의 존재를 조사하여 항성 형성 잠재력을 평가하기 위해.
• 이전 간접 증거에 따라 이 먼 은하들이 큰 분자가스 저축을 가졌는지 여부를 규명하기 위해.
• 고적도 전파은하가 풍부한 분자가스에 의해 구동되는 극도의 항성 형성의 장소일 것이라는 가설을 검증하기 위해.
• 은하계의 CO-에서-H₂ 변환 인자(α_CO)를 가정하여 CO 복사를 트레이서로 사용해 giàu화된 분자가스 질량을 제약하기 위해.
• 이 은하들의 관측된 전파 및 광학적 성질이 높은 가스 함량과 강한 항성 형성과 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 단일 안테나 망원경(IRAM 및 JCMT)과 간섭계 어레이(VLA 및 OVRO)를 사용한 다파장 관측 캠패인을 수행하였다.
• 14개의 고적도 전파은하(z = 2.0–4.3)에서 분자수소(H₂)의 트레이서로 CO(1-0) 및 CO(2-1) 전이를 대상으로 하였다.
• 약한 복사 검출을 위한 신호 대 잡음비를 극대화하기 위해 다수의 관측 세션에 걸쳐 민감한 통합을 실시하였다.
• CO 빛의 2σ 검출 한계를 설정하였으며, 표준 은하계 변환 인자를 사용하여 분자가스 질량에 대한 상한선으로 변환하였다.
• 은하계의 전형적인 CO-에서-H₂ 변환 인자(α_CO ≈ 3.2 M☉ (K km s⁻¹ pc²)⁻¹)를 사용하여 총 분자가스 질량을 추정하였다.
• 다양한 기기의 데이터를 융합하여 비검출 결과의 강건성과 상호 확인을 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적도 전파은하(지수 z > 2)는 CO 복사에 의해 나타나는 바와 같이 상당한 분자가스 저축을 포함하고 있는가?
• RQ2 CO 복사 비검출 기반으로 이 은하들의 분자가스 질량에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ3 이 은하들의 항성 형성률은 높은 분자가스 함량과 일치하는가, 아니면 이전에 추정된 것보다 낮은가?
• RQ4 관측된 CO 복사 한계는 고적도 전파은하에서 강한 항성 형성을 예측하는 이론 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 감지되지 않는 CO 복사가 이 은하들의 관측된 전파 및 광학 빛의 세기와 어떻게 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• IRAM, JCMT, VLA, OVRO를 사용해 관측한 14개의 고적도 전파은하(z = 2.0–4.3) 중 어느 하나에서도 유의미한 CO 복사를 검출하지 못했다.
• 2σ 검출 한계에 따른 CO 빛의 상한선은 은하계 CO-에서-H₂ 변환 인자를 가정할 경우 분자가스 질량의 최대치가 10¹¹ M☉ 이하임을 의미한다.
• 분자가스 질량에 대한 상한선은 이 은하들이 이전에 제안된 극도로 높은 항성 형성률을 가질 가능성이 낮음을 시사한다.
• 관측된 가스 질량은 극도의 스타버스트가 아닌 국지적 스타버스트 은하와 유사한 항성 형성률과 일치한다.
• CO 복사의 비검출은 분자가스가 검출 가능한 상태가 아니거나, 선 밝기 온도를 감소시키는 방식으로 분포되어 있음을 시사한다.
• 이 결과는 고적도 전파은하가 강력하고 가스가 풍부한 스타버스트에 의해 구동된다는 이전 해석을 도전하며, 더 온화한 항성 형성 역사가 있음을 시사한다.