[논문 리뷰] Mid-infrared ISO spectroscopy of NGC 4945

H. W. W. Spoon, J. Koornneef외 3명|arXiv (Cornell University)|2000. 03. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 중간 적외선 ISO 분광법을 사용하여 NGC 4945의 핵부를 조사하며, 경자기 방사선 검출에도 불구하고 활성 은하핵(AGN)에 대한 직접적 증거를 발견하지 못했다. 별성운이 봉우리 복사능의 ≥50%를 지배하며, 160 K의 따뜻한 H₂와 2.4 × 10⁷ M⊙, 강한 PAH 및 얼음 흡수 피크를 보이며, 강하게 은폐된 별성운 지배 시스템임을 시사하며, 중간 적외선에서 AGN 기여는 낮다.

ABSTRACT

We have observed the central region of the nearby starburst galaxy NGC4945 with the mid-infrared spectrometers SWS and PHT-S aboard ISO. We do not find any evidence for the existence of the powerful AGN, inferred from hard X-ray observations. The upper limits on our AGN tracers [NeV] 14.32um & 24.32um and [NeVI] 7.65um imply an A(V)>160 towards the NLR, assuming the NLR to be of equal strength as in the Circinus galaxy. Other possibilities are discussed. The starburst excitation indicators [NeIII]15.56um/[NeII]12.81um and L(bol)/L(lyc) suggest that the starburst in the central region is at least 5x10^6 yrs old, and that it accounts for at least half of the nuclear bolometric luminosity. The starburst might well power the entire bolometric luminosity, but the available constraints are also consistent with an up to 50% contribution of the embedded AGN. With PHT-S, at a resolution of approximately 90, we detect strong absorption features of water ice, and, for the first time in an external galaxy, of CO_2 and CO. The same PHT-S spectrum also reveals strong emission from the family of PAH features. Finally, we have observed and detected several pure rotational and ro-vibrational H_2 lines, two of which, the (0-0) S(0) & S(1) lines, allow us to determine the excitation temperature (160K) and warm H_2 mass (2.4x10^7 Msun). The low excitation temperature shows Orion-like shocks not to be representative for the entire emission of the central region of the galaxy and fairly normal PDRs to be perhaps more typical.

연구 동기 및 목표

• NGC 4945의 핵부 에너지원의 성격을 밝히고, AGN와 별성운 기여를 구분한다.
• 중간 적외선 스펙트럼 특징을 이용하여 중심부의 이온화 및 분자 기체의 존재와 특성을 평가한다.
• 따뜻한 분자 수소(H₂)와 간성매질(ISM) 고체의 흥(excitation) 조건과 물리적 상태를 조사한다.
• 경사와 은폐가 딱딱한 X선 검출에도 불구하고 AGN 신호를 가리키는 데 어떤 역할을 하는지 평가한다.
• 기타 은하계 및 은하계 외부 천체의 기준과 비교하여 ISM 조성과 H₂ 흥 조건을 평가한다.

제안 방법

• NGC 4945 중심부를 관측하기 위해 ISO SWS 및 PHT-S 장치를 사용하여 중간 적외선 분광법을 수행하였다.
• 별성운 연령과 흥 조건을 추론하기 위해 [Ne III]/[Ne II] 및 L_bol/L_lyc 비율과 같은 선비율을 분석하였다.
• 시각적 은폐도(A_V)를 추정하기 위해 [S III] 18.7 μm / 33.5 μm 비율을 사용하였다.
• H₂의 회전 수준 분포를 피팅하여 (0-0) S(0), S(1), S(2) 선에서 흥 온도와 따뜻한 기체 질량을 유도하였다.
• PHT-S 스펙트럼에서 PAH 및 얼음(물, CO₂, CO)의 흡수 피크를 식별하고 측정하였다.
• 관측된 선 강도와 흥 조건도를 이론 모델 및 은하계 기준(예: 오리온, S140)과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경자기 방사선 검출에도 불구하고, NGC 4945에서 중간 적외선에서 AGN의 증거가 있는가?
• RQ2 총 복사능에서 별성운과 AGN의 기여 비율은 각각 얼마인가?
• RQ3 중심부의 따뜻한 분자 수소(H₂)의 흥 조건과 질량은 무엇인가?
• RQ4 NGC 4945의 ISM 고체상 특징(예: 물 얼음, CO₂, CO)은 은하계 중심부와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 H₂ 흥 조건 메커니즘은 충격(예: 오리온 유사)인지, 더 안정된 PDR인지 일치하는가?

주요 결과

• NGC 4945의 핵부 별성운은 강하게 은폐되어 있으며, [S III] 18.7 μm / 33.5 μm 선비율을 통해 A_V = 36⁺¹⁸₋₁₁ mag로 추정된다.
• 별성운 흥 조건 지표([Ne III]/[Ne II] 및 L_bol/L_lyc)는 최소 5 × 10⁶ 년의 별성운 연령과 총 복사능의 최소 50% 기여를 시사한다.
• 중간 적외선 AGN 신호(예: [Ne V], [Ne VI])는 검출되지 않았으며, 상한값은 Circinus와 유사할 경우 NLR 방향으로 A_V > 160 mag를 암시하여 극도의 은폐 또는 UV 영역에서 AGN 부족을 시사한다.
• 따뜻한 H₂ 기체는 흥 온도 160 K, 질량 2.4 × 10⁷ M⊙로 유도되었으며, (0-0) S(0) 및 S(1) 선에서 유도되었으며, 파wer-법 흥 조건 분포 dM/dT = 4.43 × 10¹⁵ T⁻⁴.⁷⁹³ M⊙/K이다.
• 3.3, 6.2, 7.7, 11.2 μm에서 강한 PAH 발광 피크가 관측되어 지속적인 별 형성과 먼지 처리를 시사한다.
• 외부 은하에서 처음으로 PHT-S 스펙트럼에서 CO₂ 및 CO 얼음 흡수 피크가 관측되었으며, 강한 물 얼음 흡수 피크를 보이며 은하계 중심부 특징과 유사성을 보였다.