[논문 리뷰] Luminous HC3N line emission in NGC4418 - buried AGN or nascent starburst?

S. Aalto, Raquel Rodriguez Monje외 1명|2007. 05. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 IRAM 30m 망원경를 이용한 분자선 관측을 통해 은하 NGC 4418의 은폐된 핵 활동의 성격을 조사한다. HC3N의 이국적인 높은 발광과 HNC 및 HC3N의 높은 진동 상태는 묻힌 AGN에 의한 X선에 의해 영향을 받는 영역(XDR)보다는 젊은 성성 폭발(starburst)과 복사에 의한 자극에 의해 더 잘 설명된다. HCN/HCO+ 선 비율은 항성 형성과 일치하며, 이는 이 비율이 XDR 진단 도구로 확실하게 사용될 수 있음을 도전한다.

ABSTRACT

IRAM 30m observations reveal that the deeply obscured IR-luminous galaxy NGC4418 has a rich molecular chemistry - including unusually luminous HC3N line emission. We furthermore detect: ortho-H2CO 2-1, 3-2; CN 1-0, 2-1; HCO+, 1-0. 3-2, HCN 3-2, HNC 1-0, 3-2 (and tentatively OCS 12-11). The HCN, HCO+, H2CO and CN line emission can be fitted to densities of n=5 x 10E4 - 10E5 cm-3 and gas temperatures Tk=80-150 K. Both HNC and HC3N are, however, significantly more excited than the other species which requires higher gas densities - or radiative excitation through e.g. mid-IR pumping. The HCN line intensity is fainter than that of HCO+ and HNC for the 3-2 transition, in contrast to previous findings for the 1-0 lines where the HCN emission is the most luminous. We tentatively suggest that the observed molecular line emission is consistent with a young starburst, where the emission can be understood as emerging from dense, warm gas with an additional PDR component. We find that X-ray chemistry is not required to explain the observed mm line emission, including the HCN/HCO+ 1-0 and 3-2 line ratios. The luminous HC3N line emission is an expected signature of dense, starforming gas. A deeply buried AGN can not be excluded, but its impact on the surrounding molecular medium is then suggested to be limited. However, detailed modelling of HC3N abundances in X-ray dominated regions (XDRs) should be carried out. The possibility of radiative excitation should also be further investigated

연구 동기 및 목표

• 깊이 은폐된 밝은 적외선 방출 은하인 NGC 4418의 핵 부근 분자 기체의 물리 조건을 규명하는 것.
• 특히 HCN/HCO+ 비율을 포함한 관측된 분자선 비율이 묻힌 AGN와 관련된 X선에 의해 영향을 받는 영역(XDR)의 존재를 나타내는지 평가하는 것.
• 이국적인 강한 HC3N 발광이 항성 형성에 의해 설명될 수 있는지, 아니면 AGN에 의해 유도된 화학 반응이 필요한지 평가하는 것.
• 관측된 HCN/HCO+ 선 비율이 은폐된 은하에서 XDR를 진단하는 데 신뢰할 수 있는 도구인지 테스트하는 것.
• 중간 적외선 복사 자극(중간 적외선 펌핑)이 HNC 및 HC3N의 높은 진동 상태를 설명하는 데 어떤 역할을 하는지 탐색하는 것.

제안 방법

• IRAM의 단일 안테나 30m 망원경을 이용해 HNC, HCN, HCO+, CN, HC3N, H2CO, OCS의 회전 전이선을 탐지하였다.
• 비열평형 상태(non-LTE), 단일 성분 복사 전달 모델링을 수행하여 선 강도에서 기체 온도(Tk)와 밀도(n)를 유도하였다.
• 모든 탐지된 전이선에 대해 가우시안 선 피팅을 수행하여 통합 강도, 선 너비, 중심 속도를 측정하였다.
• 동일한 물리 조건 하에서 선 루멘리시티를 비교하여 H2에 대한 분자 농도를 추정하였다.
• 중간 적외선 연속 복사 자극이 HNC 및 HC3N의 진동 상태에 미치는 영향을 관측된 선 루멘리시티와 기대되는 열적 자극을 비교하여 평가하였다.
• 특히 HCN/HCO+ 및 HC3N 농도 비율에 초점을 맞춰 관측된 선 비율이 항성 형성 모델과 XDR 모델 양쪽과 얼마나 일치하는지 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4418의 높은 HC3N 발광은 젊은 성성 폭발과 일치하는가, 아니면 AGN에 의해 유도된 XDR가 필요한가?
• RQ2 HNC 및 HC3N의 높은 진동 상태는 열적 과정만으로 설명될 수 있는가, 아니면 중간 적외선 복사 자극이 필요한가?
• RQ3 높은 HCN/HCO+ 1–0 선 비율은 XDR의 존재를 신뢰할 수 있는 지표인가, 아니면 젊은 성성 폭발에서도 발생할 수 있는가?
• RQ4 NGC 4418의 핵 부근에서 고밀도 분자 기체의 물리 조건(Tk, n)은 무엇인가?
• RQ5 관측된 선 비율은 XDR 및 PDR 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HC3N J=10–9, 16–15, 25–24 선은 매우 높은 루멘리시티를 보이며, 10–9 선 강도가 CN 1–0과 유사하여 HC3N의 고농도를 시사한다.
• HNC 3–2 발광은 HCN 3–2보다 2.3배 강력하여 비열적 자극, 즉 약 20 µm 부근의 중간 적외선 펌핑에 의해 유도된 것으로 추정된다.
• HCN/HCO+ 3–2 선 비율은 약 0.5이며, Imanishi 등(2004)이 보고한 HCN/HCO+ 1–0 비율 >1과 대조되어 복잡한 진동 상태 환경을 시사한다.
• HCO+, HCN, H2CO, CN 선 발광은 Tk = 80–150 K 및 n = 5×10⁴–1×10⁵ cm⁻³ 조건에서 단일 기체 성분으로 잘 맞춘다.
• HC3N 및 HNC는 다른 물질들보다 현저히 높은 진동 상태를 보이며, 이는 더 높은 밀도(>10⁵ cm⁻³) 또는 복사 자극이 필요함을 의미한다.
• 관측된 선 비율은 XDR가 지배적인 모델보다는, HC3N 및 HCN에 대해 핫코어 유사 성분과 HCO+, CN, HNC에 대해 PDR 성분을 포함한 젊은 성성 폭발 모델과 일치한다.