[논문 리뷰] Fueling the central engine of radio galaxies. III. Molecular gas and star formation efficiency of 3C 293

Á. Labiano, S. García‐Burillo외 7명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 142인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 IRAM Plateau de Bure Interferometer를 이용한 고해상도 CO(1-0) 및 CO(2-1) 관측을 통해 진화한 라디오은하 3C~293의 분자가스와 성간별 형성에 대해 조사한다. 냉각 분자가스에서 빠른 유속의 분출이 발견되지 않았으며, 일반 은하와 유사한 높은 별 형성 효율(SFE = 0.18 Gyr⁻¹)을 보이며, 진화한 라디오은하에서 낮은 SFE 값은 별 형성률(SFR)의 과소추정 또는 H₂ 밀도의 과대추정 때문일 수 있음을 시사한다. 특히 7.7 μm PAH 방출 트레이서에 의존할 경우 더욱 그렇다.

ABSTRACT

Aims. We investigate the different manifestations of AGN feedback in the evolved, powerful radio source 3C293 and their impact on the molecular gas of its host galaxy, which harbors young star-forming regions and fast outflows of HI and ionized gas. Methods. We study the distribution and kinematics of the molecular gas of 3C293 using high spatial resolution observations of the CO(1-0) and CO(2-1) lines, and the 3 and 1mm continuum taken with the IRAM PdBI. We mapped the molecular gas of 3C293 and compared it with the dust and star-formation images of the host. We searched for signatures of outflow motions in the CO kinematics, and reexamined the evidence of outflowing gas in the HI spectra. We also derived the star formation rate (SFR) and efficiency (SFE) of the host with all available SFR tracers from the literature, and compared them with the SFE of young and evolved radio galaxies and normal star-forming galaxies. Results. The CO(1-0) emission line shows that the molecular gas in 3C293 is distributed along a massive (2.2E10 Msun) warped disk with diameter of 21 kpc that rotates around the AGN. Our data show that the dust and the star formation are clearly associated with the CO disk. The CO(2-1) emission is located in the inner 7 kpc (diameter) region around the AGN, coincident with the inner part of the CO(1-0) disk. Both the CO(1-0) and CO(2-1) spectra reveal the presence of an absorber against the central regions of 3C293 that is associated with the disk. We do not detect any fast (>500 km/s) outflow motions in the cold molecular gas. The host of 3C293 shows an SFE consistent with the Kennicutt-Schmidt law. The apparently low SFE of evolved radio galaxies may be caused by an underestimation of the SFR and/or an overestimation of the molecular gas densities in these sources. We find no signatures of AGN feedback in the molecular gas of 3C293.

연구 동기 및 목표

• 진화한 라디오은하 3C~293의 분자가스와 별 형성에서 활성은하핵(AGN) 피드백의 역할을 조사한다.
• 이온화된 가스 및 H I 가스에서 관측된 빠른 분출이 냉각 분자가스 상에서 동일하게 나타나는지 확인한다.
• 다양한 SFR 트레이서를 사용하여 3C~293의 별 형성 효율(SFE)을 재평가하고, 일반 은하 및 젊은 라디오은하와 비교한다.
• 진화한 라디오은하에서 보고된 낮은 SFE 값이 실제인지, 아니면 SFR 및 H₂ 질량 추정의 체계적 편향 때문인지 평가한다.

제안 방법

• IRAM Plateau de Bure Interferometer를 이용해 CO(1-0) 및 CO(2-1) 선의 고공간 해상도 간섭계 관측을 수행하여 분자가스 분포 및 운동학을 맵핑한다.
• CO 데이터를 이용해 시스템적 속도(v_sys^CO = 13,434 ± 8 km s⁻¹), 기울기 및 위치각을 유도한다.
• 스펙트럼 분석을 통해 AGN 및 제트 방향으로 CO 흡수 특징을 확인하였으며, 이는 H I 흡수 및 디스크 운동학과 일치한다.
• AGN 오염을 평가한 후, [Ne II], 11.3 μm PAH 및 24/70 μm 연속체를 사용하여 별 형성률(SFR)을 추정한다.
• SFE는 SFR / M(H₂)로 계산되며, 3C~293를 Kennicutt-Schmidt 법칙 및 다른 라디오은하와 비교한다.
• 속도장에 대해 푸리에 분해를 적용하여 CO 디스크의 비틀림 서명을 탐지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3C~293의 냉각 가스에서 H I 및 이온화된 가스에서 관측된 것과 유사하게 빠른(≥500 km s⁻¹) 분자 분출이 존재하는가?
• RQ2 3C~293의 진정된 별 형성 효율(SFE)은 무엇이며, 일반 별 형성 은하 및 다른 라디오은하와 비교해보면 어떻게 되는가?
• RQ3 왜 진화한 라디오은하에서는 일반적으로 낮은 SFE를 보이며, 이는 SFR 또는 H₂ 질량 추정의 체계적 편향 때문인가?
• RQ4 3C~293의 중심 영역에서 관측된 CO 흡수 특징은 도는 분자 디스크와 관련이 있는가?
• RQ5 CO 디스크의 운동학적 구조는 비틀린 형태를 나타내는가?

주요 결과

• 3C~293의 분자가스는 총 H₂ 질량 약 2.2 × 10¹⁰ M☉에 이르며, 약 21 kpc(24 arcsec)에 걸쳐 퍼져 있는 거대하고 비틀린 디스크를 이룬다.
• CO(1-0) 및 CO(2-1) 방출은 도는 디스크를 따라 흐르며, CO(2-1) 선은 중심 AGN 영역과 일치하는 내부 7 kpc에 국한되어 있다.
• H I 및 이온화된 가스에서 명백한 분출이 관측됨에도 불구하고, 냉각 분자가스에서는 빠른(≥500 km s⁻¹) 분출 운동이 발견되지 않았다.
• 3C~293의 별 형성률(SFR)은 [Ne II] 및 11.3 μm PAH 방출과 같은 신뢰할 수 있는 트레이서로부터 유도된 4.0 ± 1.5 M☉ yr⁻¹이다.
• 3C~293의 별 형성 효율(SFE)은 0.18 Gyr⁻¹이며, 일반 은하 및 젊은 라디오은하의 Kennicutt-Schmidt 법칙과 일치한다.
• 3C~293의 SFE는 다른 진화한 라디오은하에서 7.7 μm PAH 방출으로 유도된 값보다 10–50배 높으며, 이는 이러한 시스템에서 낮은 SFE 값이 SFR 과소추정 또는 H₂ 질량 과대추정 때문일 수 있음을 시사한다.