[논문 리뷰] Detection of HCN, HCO+ and HNC in the Mrk231 molecular outflow - Dense molecular gas in the AGN wind

S. Aalto, S. García‐Burillo외 6명|Chalmers Publication Library (Chalmers University of Technology)|2011. 11. 29.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 39인용 수 98

한 줄 요약

이 연구는 ULIRG인 Mrk 231의 대규모 은하 외류에서 HCN, HCO⁺, HNC 1–0 방출의 처음으로 고해상도 탐지 결과를 제시하며, ±750 km s⁻¹ 범위의 넓은 선형 날개와 북-남 방향으로 공간적으로 확장된 방출(700 pc 이상)을 규명하였다. CO에 비해 증가된 HCN 방출, 높은 선비율, 그리고 밀도가 높은 가스 진단치(n > 10⁴ cm⁻³, X(HCN) > 10⁻⁸)는 충격으로 압축된 다공성 분자 가스를 시사하며, 외류의 광범위한 성격을 고려할 때 중간 적외선 복사에 의한 대체 진동은 덜 가능성 있다.

ABSTRACT

We detect luminous emission from HCN, HCO+ and HNC 1--0 in the QSO ULIRG Mrk~231 with the IRAM Plateau de Bure Interferometer at 1."55 by 1."28 resolution. All three lines show broad line wings - which are particularly prominent for HCN. Velocities are found to be similar (750 km/s) to those found for CO 1-0. This is the first time bright HCN, HCO+ and HNC emission has been detected in a large-scale galactic outflow. We find that both the blue- and red-shifted line wings are spatially extended by at least 0."75 (700 pc) in a north-south direction. The line wings are brighter (relative to the line center intensity) in HCN than in CO 1-0 and line ratios suggest that the molecular outflow consists of dense (n>10E4 cmE-3) and clumpy gas with a high HCN abundance X(HCN)>10E-8. These properties are consistent with the molecular gas being compressed and fragmented by shocks in the outflow. Alternatively, HCN is instead pumped by mid-IR continuum, but we propose that this effect is not strong for the spatially extended outflowing gas. In addition, we find that the rotation of the main disk, in east-west direction, is also evident in the HCN, HCO+ and HNC line emission. An unexpectedly bright HC3N 10-9 line is detected inside the central 400 pc of Mrk231. This HC3N emission may emerge from a shielded, dust-enshrouded region within the inner 40-50 pc where the gas is heated to high temperatures (200 - 300 K) by the AGN.

연구 동기 및 목표

• 활성 은하핵(AGN)에 의해 구동되는 대규모 외류 내에서 밀도가 높은 분자 가스의 물리적 및 화학적 성질을 조사하기 위해.
• 고진동수 분자 선을 분석함으로써 관측된 분자 외류가 AGN 피드백에 의해 구동되는지 아니면 항성 형성 활동에 의해 구동되는지 규명하기 위해.
• 특히 Mrk 231의 높은 빛의 강도와 극한의 조건을 고려할 때, 충격과 중간 적외선 복사가 HCN, HCO⁺, HNC를 어떻게 진동시키는지 평가하기 위해.
• 중앙 400 pc 내에서 예상치 못하게 밝은 HC₃N 10–9 방출이 관측된 원인을 규명하고, 이는 AGN 근처의 보호된 따뜻하고 먼지가 많은 영역을 추적할 수 있음을 시사한다.
• 고해상도 선 방출과 선비율 진단을 사용하여 외류 내 질량 외류 속도와 기체 밀도를 제약하기 위해.

제안 방법

• IRAM Plateau de Bure 간섭계를 사용하여 HCN, HCO⁺, HNC 1–0 및 HC₃N 10–9 전이의 고해상도(1.″55 × 1.″28) 간섭 관측을 수행하였다.
• 스펙트럼 선 이미징을 통해 방출의 공간 분포와 운동학을 매핑하였으며, 외류 기체를 나타내는 청색 및 빨간색 이격 날개를 식별하였다.
• 선비율(예: HCN/HCO⁺, HCN/HNC)과 CO 1–0에 대한 빛의 강도 비교를 통해 기체 밀도(n > 10⁴ cm⁻³)와 분자 농도를 추론하였다.
• 진동 분석과 충격 및 복사 전달 모델을 비교함으로써 주요 진동 메커니즘인 충격 대 중간 적외선 펌프의 우세성을 평가하였다.
• 선 날개의 공간적 확장을 측정함으로써 외류의 역학 범위와 에너지 예산을 평가하였다(>0.″75, 즉 >700 pc).
• HC₃N 10–9 선은 공간적 국소화와 온도 제약을 분석하여 핵심부에서 40–50 pc 내의 보호된, 따뜻한(200–300 K) 영역에서 기인할 가능성이 높다고 제안하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Mrk 231의 분자 외류에서 관측된 넓은 HCN, HCO⁺, HNC 1–0 선 날개의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ2 외류 날개에서 증가된 HCN 방출은 충격 유도 화학에 기인하는가, 아니면 AGN의 중간 적외선 펌프에 기인하는가?
• RQ3 외류 내 분자 가스의 밀도와 농도는 무엇이며, 안정 상태 디스크의 것과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ4 밝은 HC₃N 10–9 방출은 어디에 국소화되어 있으며, 그 존재는 Mrk 231의 내부 영역에서의 물리적 조건을 어떻게 시사하는가?
• RQ5 관측된 선비율과 운동학은 질량 외류 속도와 외류의 추진 메커니즘을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• HCN, HCO⁺, HNC 1–0 방출은 Mrk 231의 분자 외류에서 처음으로 탐지되었으며, ±750 km s⁻¹ 범위의 넓은 선 날개를 포함한다.
• 선 날개는 북-남 방향으로 최소 0.″75(700 pc) 이상 공간적으로 확장되어 있어 대규모로 콘두이트된 외류임을 시사한다.
• 선 날개에서 HCN 1–0 방출은 CO 1–0 대비 2–5배 증가되어 있어 기체 밀도가 높은 가스의 비율이 높음을 나타낸다(n > 10⁴ cm⁻³).
• 선 날개에서 HCN/HCO⁺ 선 피크 비율은 2.2에 도달하였으며, 선 중심의 1.3 비율보다 뚜렷하게 높아, HCN 농도가 증가했음을 지지한다(X(HCN) > 10⁻⁸).
• HCN/HNC 선 비율은 선 중심에서 1.8에서 선 날개에서 2.8로 증가하여, 외류 중 충격 가스에서 HCN 생성이 증가함을 일관되게 시사한다.
• 의외로 밝은 HC₃N 10–9 선이 중심 400 pc 내에서 탐지되었으며, 이는 AGN에 의해 가열된 보호된, 먼지로 둘러싸인 영역에서 기인할 가능성이 높으며, 어두운 순환 흡수의 마지막 단계일 수 있다.