[논문 리뷰] Dense Gas in Nearby Galaxies: XVII. The Distribution of Ammonia in NGC253, Maffei2 and IC342

M. Lebrón, C. Henkel외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 59인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 VLA 간섭계 관측을 통해 CnD 및 D 설정에서 NH₃ 배출을 NGC 253, IC 342, Maffei 2의 중심 영역에서 맵핑하여 약 50 pc 해상도를 확보하였다. 밀도 높은 분자 구름 내에서 운동 온도가 25–50 K로 측정되었으며, NH₃ 분포는 H₂ 추적자인 C¹⁸O 및 HCN과 밀접하게 일치하여 NH₃가 밀도 높은 가스의 강력한 지표임을 확인하였다. IC 342의 서쪽 피크에서 (6,6) 전이가 관측되어 마이저 방출의 가능성을 시사하였으며, NGC 253에서의 (3,3) 전이 강도 향상은 시간에 따라 변하는 마이저 활동 또는 광역 흡수 효과를 나타낼 수 있다.

ABSTRACT

The central few 100 pc of galaxies often contain large amounts of molecular gas. The chemical and physical properties of these extragalactic star formation regions differ from those in galactic disks, but are poorly constrained. This study aims to develop a better knowledge of the spatial distribution and kinetic temperature of the dense neutral gas associated with the nuclear regions of three prototypical spiral galaxies, NGC253, IC342, and Maffei2. VLA CnD and D configuration measurements have been made of three ammonia (NH3) inversion transitions. The (J,K)=(1,1) and (2,2) transitions of NH3 were imaged toward IC342 and Maffei2. The (3,3) transition was imaged toward NGC253. The entire flux obtained from single-antenna measurements is recovered for all three galaxies observed. Derived lower limits to the kinetic temperatures determined for the giant molecular clouds in the centers of these galaxies are between 25 and 50K. There is good agreement between the distributions of NH3 and other H2 tracers, such as rare CO isotopologues or HCN, suggesting that NH3 is representative of the distribution of dense gas. The "Western Peak" in IC342 is seen in the (6,6) line but not in lower transitions, suggesting maser emission in the (6,6) transition.

연구 동기 및 목표

• 세 개의 근접한 은하별 폭발 은하인 NGC 253, IC 342, Maffei 2의 핵 영역에서 밀도 높은 중성 가스의 공간 분포와 운동 온도를 규명하기 위해.
• NH₃가 CO 이소토폴루드와 같은 H₂ 지표와 유사하게 은하외부 핵 영역의 밀도 높은 분자 가스를 대표하는 지표로 적합한지 평가하기 위해.
• NH₃ 선 강도의 이질성을 조사하여, 특히 NGC 253에서의 (3,3) 전이 강도 향상과 IC 342의 서쪽 피크에서의 (6,6) 전이 검출을 통해 마이저 방출 또는 이국적인 오르토/파라 비율의 가능성을 검토하기 위해.
• NGC 253의 (3,3) 전이에서 고해상도 및 저해상도 관측 간 선형형태의 모순을 해결하기 위해, 시간에 따라 변하는 방출 또는 고려되지 않은 광역 흡수 효과 등의 원인을 탐색하기 위해.

제안 방법

• NGC 253, IC 342, Maffei 2에서 NH₃의 (J,K) = (1,1), (2,2), (3,3) 전이의 VLA CnD 및 D 설정 간섭계 관측을 수행하였다.
• 약 50 pc의 선형 해상도를 확보하여 중심 수백 파섹 내의 밀도 높은 가스 구조를 고감도 맵핑할 수 있었다.
• 단일 안테나 측정에서의 전체 복사강도를 복원하여, 방출 맵의 완전성을 확보하고 비율 기반의 빔 채우기 요인 편향을 최소화하였다.
• 다양한 NH₃ 전이의 상대 강도를 이용하여 운동 온도의 하한선을 유도하였으며, NH₃ 전이의 온도 민감성에 기반하였다.
• C¹⁸O (2-1), HCN, HCO⁺ 등의 다른 H₂ 추적자와의 분포를 비교하여 공공 공간 분포와 가스 밀도 일관성을 평가하였다.
• NGC 253의 (3,3) 전이 및 IC 342의 (6,6) 전이의 채널 맵과 선형형태를 분석하여 마이저 방출 또는 스펙트럼 이질성의 가능성을 조사하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 253, IC 342, Maffei 2의 중심 영역에서 NH₃로 추적된 밀도 높은 분자 가스의 공간 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 다중 수준 NH₃ 방출을 통해 유도된 이들 은하의 밀도 높은 분자 가스의 운동 온도는 무엇인가?
• RQ3 NH₃ 방출이 C¹⁸O 및 HCN 등의 다른 H₂ 추적자와 얼마나 관련되어 있는가? 이는 NH₃가 밀도 높은 가스를 대표하는 데 얼마나 적합한지를 시사한다.
• RQ4 왜 NGC 253의 (3,3) 전이에서 기대보다 강한 방출이 관측되는가? 이는 마이저 증폭 또는 이례적인 오르토/파라 비율 때문일 수 있는가?
• RQ5 IC 342의 서쪽 피크에서 낮은 전이가 검출되지 않은 반면 (6,6) 전이만 검출된 것은 마이저 방출의 증거인가?

주요 결과

• (1,1) 및 (2,2) NH₃ 전이가 IC 342와 Maffei 2에서 성공적으로 맵핑되었으며, (3,3) 전이가 NGC 253에서 맵핑되었으며, 단일 안테나 측정에서 전체 복사강도가 복원되었다.
• 이들 은하의 중심 영역에 있는 거대 분자 구 nucl의 운동 온도에 대한 하한선은 25–50 K로 측정되었으며, 이는 은하폭발 환경에서의 밀도 높고 안정된 가스와 일치한다.
• NGC 253에서 NH₃ 방출은 C¹⁸O (2-1)와 밀도 높은 분자 가스의 신뢰할 수 있는 지표인 분포와 거의 정확히 일치하여, NH₃가 이 은하에서 밀도 높은 분자 가스의 주요 부분을 추적함을 시사한다.
• HCN 및 HCO⁺ 방출도 H₂ 분포와 일치하지만, 빠른 충격이나 광분해 방사선 영역에서 강화되어 있어 화학적 분리가 일어나고 있음을 시사한다.
• IC 342의 서쪽 피크는 (6,6) NH₃ 전이에서 검출되었지만 낮은 전이에서는 검출되지 않아 고에너지 상태에서의 마이저 방출 가능성을 시사한다.
• NGC 253의 (3,3) 선형형태는 이전 저해상도 연구보다 고해상도 VLA 데이터에서 300 km s⁻¹ 성분이 더 강하게 나타나 있어, 시간에 따라 변하는 방출 또는 VLA가 해결하지 못한 광역 흡수 효과의 영향일 수 있다.