[논문 리뷰] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA): IV. Gravitational Torques and AGN Feeding

S. García‐Burillo, F. Combes외 3명|ArXiv.org|2005. 07. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 64인용 수 106

한 줄 요약

이 논문은 네 개의 저광도 은하(NCG 4321, 4826, 4579, 6951)에서 항성 잠재력에 기인한 중력 토크가 AGN 중심으로 분자 가스 유입을 유도하는 메커니즘으로서 연구된다. 연구 결과, 200 pc 이내에서는 주로 양의 토크가 나타나 유입을 저해함을 확인하였으며, 이 장벽을 극복하기 위해 일시적인 토크 또는 고밀도 핵 고리 내 점성 메커니즘이 작용할 수 있음을 제안한다. 이는 은하 수명 동안 반복적인 AGN 연료 공급을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We discuss the efficiency of stellar gravity torques as a mechanism to account for the feeding of the central engines of four low luminosity AGN: NGC4321, NGC4826, NGC4579 and NGC6951. These galaxies have been observed as part of the NUGA CO project, aimed at the study of AGN fueling mechanisms. Our calculations allow us to derive the characteristic time-scales for gas flows and discuss whether torques from the stellar potentials are efficient enough to drain the gas angular momentum in the inner 1 kpc of these galaxies. Results indicate paradoxically that feeding should be thwarted close to the AGN: in the four cases analyzed, gravity torques are mostly positive inside r~200pc, resulting in no inflow on these scales. As a possible solution for the paradox, we speculate that the agent responsible for driving inflow to still smaller radii is transient and thus presently absent in the stellar potential. Alternatively, the gravity torque barrier associated with the ILR of the bars in these galaxies could be overcome by other mechanisms that become competitive in due time against gravity torques. We find that viscosity can counteract moderate--to--low gravity torques on the gas if it acts on a nuclear ring of high gas surface density contrast and a few 100pc size. We propose an evolutionary scenario in which gravity torques and viscosity act in concert to produce recurrent episodes of activity during the typical lifetime of any galaxy. In this scenario the recurrence of activity in galaxies is indirectly related to that of the bar instabilities.

연구 동기 및 목표

• 저광도 AGN의 중심 엔진으로 분자 가스 유입을 이끄는 항성 중력 토크의 효율성을 평가하기 위해.
• 은하의 내부 1 kpc 범위에서 관측된 AGN 연료 공급을 설명하는 데 중력 토크만으로 충분한지 판단하기 위해.
• 점성과 기체 자기중력이 AGN 근처의 토크 장벽을 극복하는 데 있어 대체 또는 보완 메커니즘으로서 수행하는 역할을 평가하기 위해.
• 활성 단계가 바의 최대 강도와 동시에 발생하지 않더라도, 바의 진화 주기와 연관된 반복적인 AGN 활동이 가능한 시나리오를 제안하기 위해.

제안 방법

• 네 개의 은하에 대한 고해상도 적외선(NIR) 이미지에서 항성 잠재력을 유도하였다.
• 고해상도 CO(1–0) 및 CO(2–1) 맵(각도 해상도 약 0.5”–2”)를 사용하여 분자 가스에 작용하는 평균 효과적 토크를 추정하였다.
• 순 토크와 기체 표면 밀도 프로파일을 기반으로 특성 유입 timescale을 계산하였다.
• 핵 고리 내에서 점성 timescale과 천체역학 timescale을 비교하여 점성과 중력 토크의 상대적 효율성을 평가하였다.
• 기체 자기중력의 영향을 추정하기 위해 반경에 따른 기체 질량 분율을 평가하였다.
• 각 대상 은하에 대해 점성과 중력 토크 효과를 사례별로 비교 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저광도 AGN 주변 은하의 내부 1 kpc 범위에서 항성 중력 토크가 충분히 중요한 가스 유입을 이끌 수 있는가?
• RQ2 대규모 바가 존재하는 바에도 불구하고 반경 <200 pc에서 가스 유입이 왜 저해되는가?
• RQ3 고표면 밀도 핵 고리 내 점성이 양의 토크 장벽을 극복하고 AGN 연료 공급을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ4 기체 자기중력과 비축대칭 구조는 중력 잠재력과 유입 효율성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 바의 진화 주기와 저광도 은하에서의 반복적인 AGN 활동 사이의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• 네 개의 은하 전반에서 약 200 pc 이내에서는 중력 토크가 주로 양의 값을 가지며, 이는 가스 유입을 저해하는 순 외향 토크를 나타낸다.
• 약 200 pc에서의 토크 장벽은 이 시스템에서 핵 연료 공급을 설명하기 위해 중력만으로는 충분하지 않음을 시사한다.
• 고밀도 핵 고리에서 표면 밀도 대비 대비가 크고 크기가 약 수백 km 정도인 경우, 점성이 중간에서 낮은 중력 토크를 상쇄시킬 수 있다.
• NGC 4826와 NGC 4321에서는 기체 자기중력의 영향이 크며, 약 100 pc에서 기체 질량 분율이 10–15%로 나타나 비축대칭 불안정성에 영향을 줄 수 있다.
• NGC 6951과 NGC 4579에서는 반경 100에서 1000 pc 사이에서 기체 질량 분율이 낮게 유지되어(1–3%) 기체 자기중력의 영향은 미미하다.
• 바의 수명 동안 중력 토크와 점성이 함께 작용함으로써, 바의 최대 강도와 동기화되지 않더라도 반복적인 AGN 활동이 가능하다는 시나리오를 제안한다.