[논문 리뷰] CO(4-3) and dust emission in two powerful high-z radio galaxies, and CO lines at high redshifts

Padeli P. Papadopoulos, H. J. A. Röttgering외 5명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|1999. 08. 26.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고적도의 라디오은하(4C 60.07, z=3.79 및 6C 1909+722, z=3.53)에서 처음으로 CO(4-3) 복사와 마이크로파 영역의-dust 연속기여를 확인하였으며, 약 ~0.5–1×10¹¹ M☉의 큰 분자가스 질량과 강력한 성간별 폭발 활동을 드러냈다. 4C 60.07에서 관측된 확장되고 복잡한 CO 구조는 거대한 타원은하의 형성 단계에 있는, 라디오 강한 AGN를 지닌 가스 풍부한 병합 유도 시스템을 시사한다.

ABSTRACT

We report the detection of sub-mm emission from dust at 850 microns and of the 12CO J=4-3 line in the two distant powerful radio galaxies 4C 60.07 (z=3.79) and 6C 1909+722 (z=3.53). In the case of 4C 60.07 the dust emission is also detected at 1.25 mm. The estimated molecular gas masses are large, of the order of ~(0.5-1)x10^{11} Solar. The large FIR luminosities (L_fir ~ 10^{13} Solar) suggest that we are witnessing two major starburst phenomena, while the observed large velocity widths (FWHM > 500 km/sec) are characteristic of mergers. In the case of 4C 60.07 the CO emission extends over ~30 kpc and spans a velocity range of >1000 km/sec. It consists of two distinct features with FWHM of >= 550 km/sec and ~150 km/sec and line centers separated by >=700 km/sec The least massive of these components is probably very gas-rich with potentially >=60% of its dynamical mass in the form of molecular gas. The extraordinary morphology of the CO emission in this object suggests that it is not just a scaled-up version of a local Ultra Luminous Infrared Galaxy, and it may be a formative stage of the elliptical host of the residing radio-loud AGN. Finally we briefly explore the effects of the wide range of gas excitation conditions expected for starburst environments on the luminosity of high-J CO lines. We conclude that in unlensed objects, CO (J+1-->J), J+1>3 lines can be significantly weak with respect to CO J=1-0 and this can hinder their detection even in the presence of substantial molecular gas masses.

연구 동기 및 목표

• z ≈ 3.5–3.8에서 강력한 고적도 라디오은하 두 개의 분자가스 함량과 성간별 활동을 조사하기 위해.
• 마이크로파 영역에서의 CO 선 복사와 먼지 연속기여 측정을 통해 분자가스의 물리적 조건을 규명하기 위해.
• 고적도 성간별 폭발 환경에서 고J CO 전이(예: J=4-3)의 탐지 가능성 평가하기 위해.
• 고J CO 선의 빛나는 정도가 J=1-0에 비해 가스 흥분 조건에 미치는 영향을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 850 μm 및 1.25 mm에서 먼지 복사를 탐지하기 위해, 제임스 클락 맥스웰 전리역의 해상도를 보장하는 마이크로파 영역 관측을 수행하였다.
• 1.3 mm에서 간섭계 및 단일 안테나 기법을 사용하여 CO(4-3) 선 관측을 수행하여 분자가스 운동학을 맵핑하였다.
• 표준 X_CO 요소와 흥분 보정을 사용하여 CO(4-3) 선 빛나는 정도에서 분자가스 질량을 추정하였다.
• 먼지 연속기여에서 적외선 영역 빛나는 정도를 계산하여 성간별 활동률을 추정하고 CO 선 너비와 비교하였다.
• CO 복사의 속도 프로파일과 공간 확장을 분석하여 역학적 질량과 병합 신호를 추론하였다.
• 다양한 가스 흥분 조건이 고J CO 선 빛나는 정도가 J=1-0에 비해 미치는 영향을 모델링하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적도 라디오은하 4C 60.07과 6C 1909+722에서 분자가스 질량과 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 이 시스템의 CO(4-3) 선 프로파일과 먼지 복사가 국지적 ULIRG 및 성간별 폭발 템플릿과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 고J CO 전이(J>3)가 고적도 성간별 폭발에서 얼마나 분자가스를 잘 추적하는가? J=1-0와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 가스 흥분 조건이 비렌즈링된 고적도 시스템에서 고J CO 선의 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 4C 60.07에서 관측된 CO 복사 구조는 거대한 타원은하 형성 단계에 있는 병합 유도 가스 풍부 시스템과 일치하는가?

주요 결과

• CO(4-3) 복사가 4C 60.07(z=3.79)와 6C 1909+722(z=3.53) 양쪽 모두에서 탐지되었으며, 특히 4C 60.07에서는 약 30 kpc에 걸쳐 확장된 복사가 관측되었다.
• 4C 60.07에서 850 μm 및 1.25 mm에서 먼지 복사를 탐지하였고, 6C 1909+722에서는 850 μm에서 탐지하여 냉각 먼지 저축이 상당함을 시사하였다.
• CO(4-3) 선 빛나는 정도와 표준 흥분 스케일링을 사용하여 두 시스템 모두에서 약 ~0.5–1×10¹¹ M☉의 분자가스 질량을 추정하였다.
• 약 10¹³ L☉의 FIR 빛나는 정도는 극도로 강력한 성간별 폭발 활동을 나타내며, 높은 성간별 활동률과 거대한 가스 저축과 일치한다.
• 4C 60.07의 CO(4-3) 선은 FWHM ≥550 km/s와 약 ~150 km/s의 두 개의 별개 성분을 보이며, 속도로는 ≥700 km/s 이상 떨어져 있다.
• 최소 질량을 가진 CO 성분은 역학적 질량의 ≥60%를 차지하며, 극도의 가스 풍부성과 병합 기원 가능성을 시사한다.