[논문 리뷰] Molecular Gas in the Galactic Center Region II. Gas mass and N(H_2)/I(^12CO) conversion based on a C^18O(J = 1 -> 0) Survey

G. Dahmen, S. Huettemeister외 2명|arXiv (Cornell University)|1997. 11. 11.

Spectroscopy and Laser Applications인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 C^18O(J=1→0) 관측을 통해 은하 중심에서 표준 CO-to-H₂ 변환 계수(SCF)를 재평가한다. 연구 결과, 가변적인 광학 두께와 비균일한 자극 조건으로 인해 SCF는 분자 수소 열량 밀도를 약 10배 과대평가함을 밝혀내었으며, 이는 은하 중심부에서의 사용을 무효화시키며, 은하 둥근부에서 ^12CO 발광이 H₂ 질량의 나쁜 추적자임을 시사한다.

ABSTRACT

The large scale structure and physics of molecular gas in the Galactic center region is discussed based on the analysis of a 9' resolution survey of the Galactic center region in the J=1->0 line of C^18O. Emphasis is placed on the comparison with ^12CO(1--0) data. The line shapes of C^18O(1--0) and ^12CO(1--0) differ significantly. The ratio of the intensities of the two isotopomers in the Galactic center region is generally higher than the value of ~15 expected from the ``Standard Conversion Factor'' (SCF) of ^12CO integrated line intensity to H_2 column density. In our data, this ratio is in the range from 30 to 200, mostly ~60 to 80. From LVG calculations, we estimate that the large scale ^12CO(1--0) emission in the Galactic center region is of moderate or low optical depth. Higher optical depths are restricted to very limited regions. We estimate H_2 densities and kinetic temperatures for different ranges of intensity ratios. A considerable amount of molecular mass is in a widespread molecular gas component with low densities and high kinetic temperatures. The total molecular mass is found to be (3^+2_-1) 10^7 M_{sun}. We show that the SCF is not valid toward the Galactic bulge. It overestimates the H_2 column density by an order of magnitude because the assumptions required for this factor are not fulfilled for a significant fraction of the molecular gas. Therefore, also one cannot apply a modified conversion factor to the Galactic center region since the N(H_2)/I(^12CO) ratio is highly variable and cannot be represented by a universal constant. Results from external galaxies indicate that the ^12CO emission is generally not a suitable tracer of H_2 masses in galactic bulges.

연구 동기 및 목표

• 은하 중심 영역에서 표준 CO-to-H₂ 변환 계수(SCF)의 신뢰성 재평가.
• C^18O(J=1→0) 선 데이터를 이용해 은하 중심부의 진정한 분자가스 질량과 물리 조건 규명.
• 은하 중심부에서 ^12CO(1–0) 발광이 H₂ 질량의 추적자로 타당한지 조사.
• N(H₂)/I(^12CO) 비율의 변동성과 광학 두께 및 자극 조건에 대한 의존도 정량화.
• 은하 중심부에 일반화된 또는 수정된 변환 계수를 적용할 수 있는지 평가.

제안 방법

• 은하 중심 영역에 대해 9′ 해상도의 C^18O(J=1→0) 조사 수행을 통해 분자가스 추적.
• C^18O(1–0) 선 프로파일과 ^12CO(1–0) 자료를 비교하여 광학 두께 및 자극 차이 평가.
• 관측된 강도 비율로부터 H₂ 밀도 및 운동온도 추정을 위해 대규모 속도 기울기(LVG) 모델 사용.
• 다양한 영역에서 N(H₂)/I(^12CO) 비율 계산하여 변동성과 표준 변환 계수에서의 이탈 평가.
• 측정된 H₂ 열량 밀도를 조사 영역 전역에 걸쳐 통합하여 총 분자질량 추정.
• 비균일한 자극 조건과 광학 두께 조건 하에서 SCF 및 수정된 변환 계수의 적용 가능성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 CO-to-H₂ 변환 계수(SCF)는 은하 중심 영역에 대해 유효한가?
• RQ2 N(H₂)/I(^12CO) 비율은 은하 중심 전역에서 어떻게 변동하며, 그 변동성의 원인은 무엇인가?
• RQ3 은하 중심부의 분자가스 물리 조건(밀도, 온도, 광학 두께)은 어떠한가?
• RQ4 ^12CO(1–0) 발광이 은하 중심부에서 H₂ 질량을 얼마나 신뢰성 있게 추적하는가?
• RQ5 일반화된 또는 수정된 변환 계수를 은하 중심부에 적용할 수 있는가, 아니면 비율이 너무 공간적으로 변동성이 큰가?

주요 결과

• 은하 중심부의 N(H₂)/I(^12CO) 비율은 약 30~200으로, 표준 값인 약 15보다 크게 높으며, 대부분의 값은 60~80 사이에 분포.
• 은하 중심부의 ^12CO(1–0) 발광은 대규모 스케일에서 중간에서 낮은 광학 두께를 가지며, 고광학 두께는 소규모 영역에 국한되어 있음.
• 분자가스의 상당 부분은 낮은 밀도와 높은 운동온도를 가지며, 총 질량 기여에 기여함.
• 은하 중심부의 총 분자질량은 (3⁺²₋₁) × 10⁷ M☉로 추정됨.
• 표준 변환 계수(SCF)는 은하 중심부에서 H₂ 열량 밀도를 약 10배 과대평가함.
• N(H₂)/I(^12CO) 비율의 강한 공간적 변동성으로 인해 일반화된 또는 수정된 변환 계수를 신뢰성 있게 적용할 수 없음.