[논문 리뷰] A Ten Billion Solar Mass Outflow of Molecular Gas Launched by Radio Bubbles in the Abell 1835 Brightest Cluster Galaxy

B. R. McNamara, H. R. Russell외 18명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 63인용 수 58

한 줄 요약

이 연구는 ALMA 관측을 통해 은하단 아벨 1835의 가장 밝은 은하단 은하에서 100억 태양질량의 분자기체 기체류를 탐지한다. 이 기체류는 AGN에서 발생하는 라디오 기포에 의해 구동되며, 약 ~200 M☉ yr⁻¹의 속도로 이동한다. 이는 라디오 모드 피드백이 밀도가 높은 분자기체를 효과적으로 끌어올릴 수 있음을 보여주며, 기존에 이러한 피드백이 뜨거운 대기만 영향을 준다는 가정에 도전한다.

ABSTRACT

We report ALMA Early Science observations of the Abell 1835 brightest cluster galaxy (BCG) in the CO (3-2) and CO (1-0) emission lines. We detect 5E10 solar masses of molecular gas within 10 kpc of the BCG. Its velocity width of ~130 km/s FWHM is too narrow to be supported by dynamical pressure. The gas may instead be supported in a rotating, turbulent disk oriented nearly face-on. The disk is forming stars at a rate of 100-180 solar masses per year. Roughly 1E10 solar masses of molecular gas is projected 3-10 kpc to the north-west and to the east of the nucleus with line of sight velocities lying between -250 km/s to +480 km/s with respect to the systemic velocity. Although inflow cannot be ruled out, the rising velocity gradient with radius is consistent with a broad, bipolar outflow driven by radio jets or buoyantly rising X-ray cavities. The molecular outflow may be associated with an outflow of hot gas in Abell 1835 seen on larger scales. Molecular gas is flowing out of the BCG at a rate of approximately 200 solar masses per year, which is comparable to its star formation rate. How radio bubbles lift dense molecular gas in their updrafts, how much gas will be lost to the BCG, and how much will return to fuel future star formation and AGN activity are poorly understood. Our results imply that radio-mechanical (radio mode) feedback not only heats hot atmospheres surrounding elliptical galaxies and BCGs, it is able to sweep higher density molecular gas away from their centers.

연구 동기 및 목표

• 가장 밝은 은하단 은하(BCG) 중심에서 라디오 모드 피드백이 밀도가 높은 분자기체를 어떻게 밀어내는지 조사하기 위해.
• 특히 라디오 기포와 관련하여 아벨 1835 BCG의 분자기체 질량, 운동학적 특성 및 기원을 규명하기 위해.
• 라디오 기계적 피드백이 은하핵으로의 차가운 가스 침강을 어떻게 조절할 수 있는지, 분자기체를 은하핵에서 끌어올리는 방식으로 평가하기 위해.
• 거대 타원은하에서 항성 형성과 장기적인 AGN 활동 연료 공급에 피드백이 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 분자기체 분포와 운동학을 맵핑하기 위해 CO (3-2) 및 CO (1-0) 선에서 ALMA 이른 과학 관측을 수행하였다.
• 분자기체의 속도 폭(FWHM ~130 km s⁻¹)과 공간적 확장을 측정하여 천체역학적 지지 및 회전/ turbulent 운동을 평가하였다.
• 특히 핵심에서 3–10 kpc 북서 및 동쪽에 위치한 기체에서 기체류 서명을 추론하기 위해 반경 방향 속도 기울기를 분석하였다.
• 금속성과 난류를 고려하여 은갈계 값으로 조정된 CO-to-H₂ 변환 계수(X_CO)를 사용하여 분자기체 질량을 추정하였다.
• 기체류 유량(~200 M☉ yr⁻¹)과 항성 형성률(100–180 M☉ yr⁻¹)을 비교하여 피드백 효율성을 평가하였다.
• 기체류를 라디오 기포에 의해 구동되는 双극형 구조로 모델링하였으며, 반경이 증가함에 따라 속도 기울기가 증가하는 것과 일치하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존에 뜨거운 대기만 영향을 준다고 여겨졌던 라디오 모드 피드백이 실제로 밀도가 높은 분자기체를 밀어낼 수 있는가?
• RQ2 아벨 1835 BCG의 분자기체 질량과 운동학적 구조는 무엇이며, 천체역학적으로 지지되는가 아니면 기체류 상태인가?
• RQ3 관측된 분자기체 기체류 유량이 항성 형성률과 비교하여 어떻게 평가될 수 있으며, 이는 AGN 연료 공급 피드백에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 아벨 1835와 같은 항성 형성 폭발 환경에서 X_CO 계수는 은갈계 값에서 얼마나 벗어나며, 이는 질량 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 관측된 분자기체 기체류가 부력으로 상승하는 X선 공극 또는 라디오 제트에 의해 구동된 것인지 일치하는가?

주요 결과

• 아벨 1835 BCG 핵심에서 10 kpc 이내에 약 ~5 × 10¹⁰ M☉의 분자기체 질량이 탐지되었으며, 이는 회전하고 난류가 있는 디스크와 일치한다.
• 핵심에서 3–10 kpc 북서 및 동쪽에 약 10¹⁰ M☉의 추가 분자기체가 투영되어 있으며, 시선 방향 속도는 –250에서 +480 km s⁻¹ 사이이다.
• 반경 증가에 따라 속도 기울기가 증가하는 것으로 보아 넓은 이중극형 분자기체 기체류가 존재하며, 이는 주로 라디오 기포 또는 제트에 의해 구동된 것으로 여겨진다.
• 분자기체 기체류 유량은 약 ~200 M☉ yr⁻¹이며, 항성 형성률 100–180 M☉ yr⁻¹과 유사하여 강한 피드백 결합이 이루어졌음을 시사한다.
• 기체류는 라디오 기포에 의해 유도된 것으로 일관되며, 이는 라디오 기계적 피드백이 은하핵에서 밀도가 높은 분자기체를 효과적으로 끌어올릴 수 있음을 보여준다.
• X_CO에 대한 불확실성에도 불구하고, 심지어 몇 배의 감소가 있더라도 여전히 분자기체 기체류가 10⁹ M☉를 초과하여 결과의 견고성을 확인한다.