[논문 리뷰] Molecular gas in NUclei of GAlaxies (NUGA) XV. Molecular gas kinematics in the inner 3kpc of NGC6951

T. P. R. van der Laan, Eva Schinnerer외 7명|Max Planck Institute for Plasma Physics|2011. 02. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 50인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 IRAM PdBI와 30m 망원경을 이용한 고해상도 12 CO(1-0) 및 (2-1) 관측을 통해 NGC 6951의 내부 3 kpc에서 분자의 기체 운동학적 구조를 조사한다. 중심부 근처에 운동학적으로 다른 고속도 CO 성분이 확인되었으며, 이는 핵심 별 타원형 구조에 의해 유도된 유입 기체로 간주되어 AGN 방향으로의 기체 유입의 최종 단계를 완성한다.

ABSTRACT

Within the NUclei of GAlaxies project we have obtained IRAM PdBI and 30m 12CO(1-0) and 12CO(2-1) observations of the spiral galaxy NGC 6951. Previous work shows that there is indirect evidence of gas inflow from 3 kpc down to small radii: a large-scale stellar bar, a prominent starburst ring (r~580 pc) and a LINER/Seyfert 2 nucleus. In this paper we study the gas kinematics as traced by the CO line emission in detail. We quantify the influence of the large-scale stellar bar by constructing an analytical model of the evolution of gas particles in a barred potential. From this model gravitational torques and mass accumulation rates are computed. We compare our model-based gravitational torque results with previous observationally-based ones. The model also shows that the large-scale stellar bar is indeed the dominant force for driving the gas inward, to the starburst ring. Inside the ring itself a nuclear stellar oval might play an important role. Detailed analysis of the CO gas kinematics there shows that emission arises from two co-spatial, but kinematically distinct components at several locations. The main emission component can always be related to the overall bar-driven gas kinematics. The second component exhibits velocities that are larger than expected for gas on stable orbits, has a molecular gas mass of 1.8x10^6Msun, is very likely connected to the nuclear stellar oval, and is consistent with inflowing motion towards the very center. This may form the last link in the chain of gas inflow towards the active galactic nucleus in NGC 6951.

연구 동기 및 목표

• LINER/Seyfert 2 핵을 지닌 나선은행성인 NGC 6951의 내부 3 kpc에서 분자의 기체 운동학적 구조와 유입 역학을 이해하기 위해.
• 대규모 및 핵심 별 구조가 중력 토크를 통해 기체를 내부로 운반하는 데 미치는 역할을 규명하기 위해.
• 초기 블랙홀 방향으로의 기체 유입의 최종 단계를 나타낼 수 있는 운동학적으로 다른 기체 성분을 식별하고 특성화하기 위해.
• 모델 기반 중력 토크 예측치를 이전의 관측 기반 토크 맵과 비교하여 유입 메커니즘을 검증하기 위해.

제안 방법

• IRAM Plateau de Bure 간섭계와 30m 망원경을 사용하여 고해상도(0.5–1 arcsec)의 12 CO(1-0) 및 (2-1) 선 방출 맵을 확보하였다.
• 대규모 별 바의 잠재력에서 기체 입자의 궤도를 모의하기 위한 분석 모델을 수립하였다.
• 모델에서 유도된 중력 토크 및 질량 축적률 프로파일을 García-Burillo 등(2005) 및 Haan 등(2009)의 관측 기반 토크 맵과 비교하였다.
• 순환핵 고리 내 여러 위치에서 이중피크 CO 선형형을 분석하여 운동학적으로 다른 성분을 식별하였다.
• 기하학적 및 역학적 근거를 바탕으로 두 번째 CO 성분이 안정 궤도에 있는지 아니면 유입 운동을 보이는지 평가하였다.
• CO 성분과 중심부 HCN 방출( Krips 등 2007) 사이의 공간적 및 운동학적 연결성을 평가하여 유입 체인의 연속성을 검토하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 별 바는 NGC 6951의 내부 3 kpc에서 분자의 기체 유입을 어떻게 이끄는가?
• RQ2 핵심 별 타원형이 중심 CO 방출에서 관측된 운동학적 이상 현상에 설명을 줄 수 있는가?
• RQ3 AGN 방향으로의 기체 유입의 최종 단계를 나타내는 운동학적으로 다른 기체 성분이 존재하는가?
• RQ4 모델 기반 예측 중력 토크는 동일 지역의 관측 기반 토크 맵과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 역학 중심 근처의 고속도 CO 성분의 물리적 기원은 무엇이며, 이는 유입과 일치하는가?

주요 결과

• 대규모 별 바가 기체 유입의 주요 원동력이며, 분자의 기체를 약 400 pc 반경까지 운반하며, 순환핵 성성별 링의 위치와 일치한다.
• 역학 중심 근처에서 운동학적으로 다른 CO 성분이 확인되었으며, 약 80 km s⁻¹의 속도 이격을 보여 안정 궤도 운동과 일치하지 않는 운동을 하고 있음을 시사한다.
• 이 두 번째 CO 성분은 분자의 기체 질량 1.8 × 10⁶ M☉을 가지며, 핵심 별 타원형과 공간적·운동학적으로 정렬되어 있어 타원형의 중력 토크에 의해 유도된 것으로 나타난다.
• CO 성분은 핵심 타원형의 남쪽 선도 측면에 위치해 있으며, 핵심 방향으로의 유입 운동과 일치하여 기체 유입의 최종 단계를 나타낸다.
• CO 성분은 공간적으로 및 운동학적으로 중심 HCN 방출(FWHM ~0.5 arcsec, 속도 범위 ±70 km s⁻¹)과 연결되어 있어 유입 체인의 연속성을 시사한다.
• 모델 기반 중력 토크 분석은 대규모 바가 400 pc 이상에서 지배적이며, 핵심 별 타원형이 내측 영역에서 기체 운반을 이어받는 것으로 확인되었다.