[논문 리뷰] A Survey of HC3N in Extragalactic Sources - Is HC3N a Tracer of Activity in ULIRGs?

J. E. Lindberg, S. Aalto외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 10.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 56인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 HC3N에 대한 최초의 은하간 조사 결과를 제시하며, 높은 HC3N/HCN 선비율이 초광명적 적외선 은하(ULIRGs)와 메가마이저 활동과 강하게 상관됨을 발견하여, HC3N가-dust에 둘러싸인 핵에서 초기 단계의 잠재적 별 형성과 관련되어 있음을 시사한다. 이 분자의 생존은 따뜻하고 보호된 환경, 높은-dust 온도 및 실리케이트 흡수와 관련되어 있어, 흡수된 은하에서 핵 활동의 추적자로의 잠재성을 보여준다.

ABSTRACT

Context. HC3N is a molecule that is mainly associated with Galactic star-forming regions, but it has also been detected in extragalactic environments. Aims. To present the first extragalactic survey of HC3N, when combining earlier data from the literature with six new single-dish detections, and to compare HC3N with other molecular tracers (HCN, HNC), as well as other properties (silicate absorption strength, IR flux density ratios, C II flux, and megamaser activity). Methods. We present mm IRAM 30 m, OSO 20 m, and SEST observations of HC3N rotational lines (mainly the J = 10-9 transition) and of the J = 1-0 transitions of HCN and HNC. Our combined HC3N data account for 13 galaxies (excluding the upper limits reported for the non-detections), while we have HCN and HNC data for more than 20 galaxies. Results. A preliminary definition "HC3N-luminous galaxy" is made based upon the HC3N/HCN ratio. Most (~80 %) HC3N-luminous galaxies seem to be deeply obscured galaxies and (U)LIRGs. A majority (~60 % or more) of the HC3N-luminous galaxies in the sample present OH mega- or strong kilomaser activity. A possible explanation is that both HC3N and OH megamasers need warm dust for their excitation. Alternatively, the dust that excites the OH megamaser offers protection against UV destruction of HC3N. A high silicate absorption strength is also found in several of the HC3N-luminous objects, which may help the HC3N to survive. Finally, we find that a high HC3N/HCN ratio is related to a high dust temperature and a low C II flux.

연구 동기 및 목표

• 은하간 천체에서 HC3N에 대한 최초의 종합적 조사를 수행하고, 신규 관측 자료와 문헌 자료를 통합한다.
• 특히 ULIRGs에서 깊이 은폐된 은하에서 HC3N가 핵 활동의 신뢰할 수 있는 추적자로 기능할 수 있는지 조사한다.
• HC3N 방출과 다른 분자 추적자(HCN, HNC), 먼지 성질(실리케이트 흡수), 활동 지표(메가마이저, CII 복사량) 간의 상관관계를 탐색한다.
• 먼지 온도와 차단이 극단적인 환경에서 HC3N의 생존과 자극에 미치는 역할을 평가한다.
• HC3N/HCN 선비율이 활성 은하에서 초기 단계의 잠재적 별 형성 여부를 식별하는 진단 도구로의 잠재력을 평가한다.

제안 방법

• IRAM 30m, OSO 20m, SEST 전파망원경을 사용해 mm파 대역의 단일 안테나 관측을 수행하여, 주로 J=10-9 전이를 탐지한다.
• 동일한 은하에서 HCN 및 HNC의 J=1-0 전이도 동시에 관측하여 선비율 비교를 가능하게 한다.
• 신규 탐지 결과를 기존 문헌 자료와 융합하여 확정된 HC3N 방출이 있는 총 13개 은하의 샘플을 구성한다.
• 복사전달 및 자극 모델링을 사용하여 선 강도를 해석하며, HC3N의 회전 및 진동 자극을 모두 고려한다.
• HC3N/HCN 선비율을 적외선 스펙트럼 에너지 분포(IR SEDs)에서 유도한 먼지 온도, 실리케이트 흡수 강도, CII 복사량, 메가마이저 활동과 상관시킨다.
• 통계적 분석을 적용하여 HC3N 농도 지표와 핵 활동 진단 지표 간의 추세를 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ULIRGs 및 기타 은폐된 은하에서 HC3N는 핵 활동의 신뢰할 수 있는 추적자인가?
• RQ2 은하간 천체에서 HC3N 방출과 메가마이저 활동 간의 관계는 무엇인가?
• RQ3 먼지 온도와 실리케이트 흡수가 은하 핵에서 HC3N의 탐지 가능성과 생존에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 HC3N/HCN 선비율이 별 형성 또는 AGN 활동의 다른 지표와 어느 정도 상관되는가?
• RQ5 HC3N의 진동 자극이 매장된 적외선 원천의 강도 및 온도 구조에 대한 통찰을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 샘플 내 HC3N 농도가 높은 은하의 약 80%가 ULIRG 또는 깊이 은폐된 별폭풍 은하로 분류된다.
• HC3N 농도가 높은 은하의 약 60% 이상에서 OH 메가마이저 또는 강한 킬로마이저 활동이 관측되어, 따뜻한 먼지가 관여하는 공통된 자극 메커니즘이 존재함을 시사한다.
• 높은 HC3N/HCN 선비율은 높은 먼지 온도와 낮은 CII/FIR 복사비율과 강하게 상관되며, 이는 C+가 HC3N 파괴에 관여할 수 있음을 시사한다.
• HC3N 농도가 높은 천체는 강한 실리케이트 흡수(A_9.7μm > 1)를 보이며, 이는 먼지 차단이 UV에 의한 HC3N 파괴를 방지함을 의미한다.
• HC3N/HCN 선비율과 HNC/HCN 선비율 간에 유의미한 상관관계가 존재하여, 이 분자들이 조밀하고 보호된 영역에서 공진화하고 있음을 시사한다.
• 일부 천체(예: NGC 4418, Arp 220, IC 860)에서 HC3N의 진동 자극이 관측되어, 적외선 펌프가 자극에 중요한 역할을 함을 확인한다.