[논문 리뷰] Molecular Gas Chemistry in AGN I. The IRAM Survey of NGC1068

A. Usero, S. García‐Burillo외 3명|ArXiv.org|2004. 02. 24.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 92

한 줄 요약

이 연구는 IRAM 30m 망원경 관측을 통해 사이고 2형 은하 NGC 1068의 핵외디스크(CND)에서 분자의 가스 화학을 조사한다. X선 조사가 X선 지배 영역(XDR) 화학을 통해 이례적인 분자 농도—특히 높은 SiO와 HOC+—를 유도한다고 제안하며, 분자 가스에서 측정된 HCO+/HOC+ 비율 30–80은 기록상 가장 낮은 수준이다.

ABSTRACT

There is observational evidence that nuclear winds and X-rays can heavily influence the physical conditions and chemical abundances of molecular gas in the circumnuclear disks (CND) of Active Galactic Nuclei (AGN). In this paper we probe the chemical status of molecular gas in the CND of NGC1068, a prototypical Seyfert 2 galaxy. Precedent claims that the chemistry of molecular gas in the nucleus of NGC1068 is abnormal by galactic standards were based on the high HCN/CO luminosity ratio measured in the CND. Results from new observations obtained in this survey have served to derive abundances of molecular species such as SiO, CN, HCO+, HOC+, H13CO+ and HCO. These estimates are complemented by a re-evaluation of molecular abundances for HCN, CS and CO, based on previously published single-dish and interferometer observations of NGC1068. We report on the first detection of SiO emission in the CND of NGC1068. The estimated large abundance of SiO in the CND, X(SiO)~5-10x10^{-9}, cannot be attributed to shocks related to star formation, as there is little evidence of a recent starburst in the nucleus of NGC1068. Alternatively, we propose that silicon chemistry is driven by intense X-ray processing of molecular gas. We also report on the first extragalactic detection of the reactive ion HOC+. Most remarkably, the estimated HCO+/HOC+ abundance ratio in the nucleus of NGC1068, ~30-80, is the smallest ever measured in molecular gas. The abundances derived for all molecules that have been the subject of this survey are compared with the predictions of models invoking either oxygen-depletion or X-ray chemistry in molecular gas. Our conclusions favour an overall scenario where the CND of NGC1068 has become a giant X-ray Dominated Region (XDR).

연구 동기 및 목표

• NGC 1068의 핵외디스크(CND)에서 분자 가스의 화학적 상태를 규명하기 위해.
• 관측된 높은 HCN/CO 비율과 산소 고갈 모델 및 X선 유도 화학 모델 간의 괴리를 해결하기 위해.
• X선 조사가 CND에서 반응성 물질인 SiO와 HOC+의 농도 향상에 기여할 수 있는지 검증하기 위해.
• XDR 모델과 산소 고갈 모델의 예측과 관측된 분자 농도를 비교하여 지배적인 화학 메커니즘을 특정하기 위해.

제안 방법

• 밀리미터 파장에서 IRAM 30m 망원경을 사용해 NGC 1068의 분자 선 스카우트를 수행하였다.
• SiO(3–2), SiO(2–1), HOC+, CN, HCO+, H13CO+, HCO, HCN, CS, CO의 복사선을 측정하였다.
• 신규 단일망원경 데이터를 이전에 발표된 간섭계 및 단일망원경 관측 자료와 융합하여 농도 계산을 수행하였다.
• 모든 종류의 분자에 대해 일관된 진동 및 광학 두께 가정을 사용하여 분자 농도를 재평가하였다.
• XDR 모델(X(e⁻) ~ 10⁻⁶–10⁻⁴)과 산소 고갈 모델의 예측과 관측된 농도 비율을 비교하였다.
• 공간적으로 해상도가 높은 데이터를 사용하여 동부 및 서부 CND 덩어리 간 화학적 차이를 분석하고, Chandra X선 이미지와 연관지어 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 1068의 CND에서 이례적인 높은 HCN/CO 복사선 빛의 비율은 무엇이 원인인지, X선 처리인지 산소 고갈 때문인지?
• RQ2 왜 CND에서 SiO의 농도가 항성 형성 영역보다 현저히 높은가? 항성 형성에 의한 충격파가 이를 설명할 수 있는가?
• RQ3 기록상 가장 낮은 측정치인 30–80의 극단적인 HCO+/HOC+ 농도 비율은 어떻게 기인하는가?
• RQ4 동부 및 서부 CND 덩어리 간 분자 농도의 공간적 변화는 X선 조사 강도의 차이와 관련이 있는가?
• RQ5 XDR 모델이 CND에서 관측된 HCN, SiO, HOC+, CN의 농도를 동시에 재현할 수 있는가?

주요 결과

• NGC 1068의 CND에서 SiO(3–2) 및 SiO(2–1) 복사선이 최초로 검출되었으며, 전역 농도는 X(SiO) ~ (5–10) × 10⁻⁹ 수준이다.
• CND에서 SiO 농도는 주변 항성 폭발 고리보다 10배 높으며, 이는 항성 형성에 의한 충격파가 원인일 수 없음을 시사한다.
• NGC 1068에서 외성간에서 HOC+를 최초로 검출하였으며, HCO+/HOC+ 농도 비율은 약 30–80으로, 기록상 가장 낮은 측정치이다.
• HOC+ 선형형태는 비대칭적이며, 적성 속도에서 피크를 보이며, CND 내부에서 X선 처리 또는 생성 효율이 균일하지 않음을 시사한다.
• XDR 모델은 관측된 HCN/HCO+ 및 CN/HCN 농도 비율을 성공적으로 설명하지만, 산소 고갈 모델은 실패한다.
• 공간적으로 해상도가 높은 데이터는 서부 CND 덩어리에서 더 높은 X선 조사 강도를 시사하며, Chandra 이미지에서 그 지역에서 Fe Kα 복사선이 더 강하게 관측된 것과 일치한다.