[논문 리뷰] Molecular line emission in NGC1068 imaged with ALMA. I An AGN-driven outflow in the dense molecular gas

S. García‐Burillo, F. Combes외 23명|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|2014. 05. 28.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 155인용 수 177

한 줄 요약

ALMA 사이클 0를 사용하여 이 연구는 0.3–0.5 arcsec 해상도에서 NGC 1068의 밀도 높은 분자 가스를 맵핑하여, 중심핵 주변 디스크(CND)에서 질량 유동률 약 63 M☉ yr⁻¹인 거대한 AGN 유도 분자 유동을 규명하였다. 이는 항성 형성률보다 한 단계 높은 것으로, AGN의 이온화 콘의 CND를 스며들면서 발생한 것으로, 높은 운동량과 운동 에너지 밀도가 AGN 피드백이 주요 추진력임을 확인한다. CND 내 기체 소모 시간 상한은 1 Myr 이하이다.

ABSTRACT

We investigate the fueling and the feedback of star formation and nuclear activity in NGC1068, a nearby (D=14Mpc) Seyfert 2 barred galaxy, by analyzing the distribution and kinematics of the molecular gas in the disk. We have used ALMA to map the emission of a set of dense molecular gas tracers (CO(3-2), CO(6-5), HCN(4-3), HCO+(4-3) and CS(7-6)) and their underlying continuum emission in the central r ~ 2kpc of NGC1068 with spatial resolutions ~ 0.3"-0.5" (~ 20-35pc). Molecular line and dust continuum emissions are detected from a r ~ 200pc off-centered circumnuclear disk (CND), from the 2.6kpc-diameter bar region, and from the r ~ 1.3kpc starburst (SB) ring. Most of the emission in HCO+, HCN and CS stems from the CND. Molecular line ratios show dramatic order-of-magnitude changes inside the CND that are correlated with the UV/X-ray illumination by the AGN, betraying ongoing feedback. The gas kinematics from r ~ 50pc out to r ~ 400pc reveal a massive (M_mol ~ 2.7 (+0.9, -1.2) x 10^7 Msun) outflow in all molecular tracers. The tight correlation between the ionized gas outflow, the radio jet and the occurrence of outward motions in the disk suggests that the outflow is AGN-driven. The outflow rate estimated in the CND, dM/dt ~ 63 (+21, -37) Msun yr^-1, is an order of magnitude higher than the star formation rate at these radii, confirming that the outflow is AGN-driven. The power of the AGN is able to account for the estimated momentum and kinetic luminosity of the outflow. The CND mass load rate of the CND outflow implies a very short gas depletion time scale of <=1 Myr.

연구 동기 및 목표

• Seyfert 2은퇴은 NGC 1068의 중심핵에서 기체 공급 및 피드백 과정에 관여하는 밀도 높은 분자 기체의 역할을 조사하기 위해.
• 기체 유입 및 AGN 피드백이 유입 및 유출 메커니즘을 통해 자기 조절할 수 있는지 여부를 규명하기 위해.
• 고해상도 ALMA 데이터를 활용하여 중심핵 주변 2 kpc 내에서 밀도 높은 분자 기체(n(H₂) ≥ 10⁵–10⁶ cm⁻³)의 운동학적 특성과 분포를 해상도 높게 규명하기 위해.
• ALMA 먼지 연속분광 및 다중 파장 데이터를 활용하여 가상의 AGN 토러스 기하학적 형태와 특성을 제약하기 위해.
• 외부 디스크에서의 기체 유입과 CND에서의 기체 유출의 징후를 식별하고, 핵 활동 조절에서의 기여도를 평가하기 위해.

제안 방법

• ALMA 사이클 0 관측을 통해 0.3–0.5 arcsec 해상도(거리 D = 14 Mpc일 때 20–35 pc)에서 NGC 1068 중심핵 주변 2 kpc 내에서 CO(3–2), CO(6–5), HCN(4–3), HCO⁺(4–3), CS(7–6) 트레이서를 이용한 분자 라인 방출을 맵핑하였다.
• CO(3–2) 속도장의 푸리에 분해를 통해 회전 운동과 축방향 유입 및 유출 운동을 분리하였다.
• ALMA의 먼지 연속분광을 근적외선 및 중적외선 데이터와 융합하여 CLUMPY 모델을 활용해 AGN 토러스를 모델링하였다.
• 분자 라인 비율 분석을 통해 기체의 흥(excitation) 및 이온화 상태 변화를 추적하여 AGN의 피드백 영향을 규명하였다.
• 이온화된 기체의 안개, 라디오 제트, 분자 유동 징후 간의 공간적 및 운동학적 상관관계를 분석하여 유동의 기원을 추론하였다.
• CND 내에서 속도 기울기와 시선 방향 적분을 통해 유도된 질량 유량을 기반으로 유동률을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 1068의 중심핵 주변 디스크(CND) 내 밀도 높은 분자 기체는 AGN 피드백에 의해 유도되고 있는가? 유동률은 얼마인가?
• RQ2 AGN의 이온화 콘은 분자 기체와 어떻게 상호작용하여 관측된 유동을 유도하는가?
• RQ3 중심핵 주변 디스크는 기체 유입 및 AGN 공급 조절에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 관측된 유동 및 유입 운동학은 핵에서의 항성 형성 및 기체 유입의 자기 조절을 설명할 수 있는가?
• RQ5 다중 파장 먼지 연속분광 모델링을 통해 제약된 가상의 AGN 토러스 기하학적 형태와 크기는 무엇인가?

주요 결과

• ALMA는 20–35 pc 해상도에서 NGC 1068의 밀도 높은 분자 기체를 해상도 높게 규명하였으며, 중심핵 주변 디스크(CND) 내에서 질량 유동률 63⁺²¹₋₃₇ M☉ yr⁻¹인 거대한 분자 유동을 규명하였다.
• 유동률은 CND 내 항성 형성률보다 한 단계 높으며, 이는 유동이 AGN에 의해 유도된 것이고 항성 형성에 의해 유도된 것이 아님을 확인한다.
• 유동은 공간적 및 운동학적으로 이온화된 기체 안개와 라디오 제트와 상관관계를 보이며, 이는 AGN의 이온화 콘이 CND를 스며들 때 유동이 발생함을 시사한다.
• 높은 질량 유동률로 인해 CND의 기체 소모 시간 상한은 ≤1 Myr로 매우 짧으며, 이는 기체 소모 속도가 매우 빠르다는 것을 의미한다.
• 먼지 연속분광 및 다중 파장 모델링 결과, 토러스 반지름은 20⁺⁶₋₁₀ pc로 추정되며, AGN 통합 모델과 일치한다.
• CO(3–2) 속도장의 푸리에 분해 결과, 바의 중심부와 항성 형성 고리에서는 내향 방향 유동이 관측되었고, CND 및 버드-쇼크 아크에서는 회전 운동 위에 외향 방향 유동 운동이 중첩되어 있어, 유동 자극 메커니즘과 일치한다.