[논문 리뷰] Molecules as tracers of galaxy evolution: an EMIR survey. I. Presentation of the data and first results

F. Costagliola, S. Aalto외 11명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2011. 01. 11.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 43인용 수 59

한 줄 요약

이 연구는 3 mm 대역폭 EMIR 관측을 통해 23개 은하의 분자 가스를 조사하여 은하 진화의 화학적 트레이서를 규명한다. 주요 발견으로는 PDR/XDR 모델과 일치하지 않는 낮은 HNC/HCN 비율, HCO+가 약한 은하에서 뚜렷한 HC3N 발현으로 인한 내재된 성성 활동의 징후, 먼지 온도 또는 적외선 빛의 밝기와의 상관관계가 있는 선비율의 특성들이 있다.

ABSTRACT

We investigate the molecular gas properties of a sample of 23 galaxies in order to find and test chemical signatures of galaxy evolution and to compare them to IR evolutionary tracers. Observation at 3 mm wavelengths were obtained with the EMIR broadband receiver, mounted on the IRAM 30 m telescope on Pico Veleta, Spain. We compare the emission of the main molecular species with existing models of chemical evolution by means of line intensity ratios diagrams and principal component analysis. We detect molecular emission in 19 galaxies in two 8 GHz-wide bands centred at 88 and 112 GHz. The main detected transitions are the J=1-0 lines of CO, 13CO, HCN, HNC, HCO+, CN, and C2H. We also detect HC3N J=10-9 in the galaxies IRAS 17208, IC 860, NGC 4418, NGC 7771, and NGC 1068. The only HC3N detections are in objects with HCO+/HCN<1 and warm IRAS colours. Galaxies with the highest HC3N/HCN ratios have warm IRAS colours (60/100 μm>0.8). The brightest HC3N emission is found in IC 860, where we also detect the molecule in its vibrationally excited state.We find low HNC/HCN line ratios (<0.5), that cannot be explained by existing PDR or XDR chemical models. Bright HC3N emission in HCO+-faint objects may imply that these are not dominated by X-ray chemistry. Thus the HCN/HCO+ line ratio is not, by itself, a reliable tracer of XDRs. Bright HC3N and faint HCO+ could be signatures of embedded starformation, instead of AGN activity.

연구 동기 및 목표

• 분자 선 방출을 통해 23개 은하의 분자 가스 특성을 조사하여 은하 진화를 추적한다.
• 선 강도 비율을 통해 초신성 폭발과 AGN 활동의 화학적 징후를 시험한다.
• X선에 의해 영향을 받는 영역(XDR)과 광학적 영향을 받는 영역(PDR)을 추적하기 위한 HCN/HCO+ 및 HNC/HCN 비율의 신뢰성 평가.
• 빛나는 적외선 은하(LIRGs)에서 분자 방출, 먼지 온도, 적외선 빛의 밝기 간의 관계 탐색.
• HC3N 및 CN과 같은 분자 종을 이용해 은하 중심의 물리적 조건을 추정할 수 있는지 확인한다.

제안 방법

• IRAM 30m 망원경에 장착된 EMIR 대역폭 수신기를 사용하여 3 mm 연속 및 선 관측을 수행하였다.
• 주요 전이선의 선 강도를 측정: CO(1-0), 13CO(1-0), HCN(1-0), HNC(1-0), HCO+(1-0), CN(1-0), C2H(1-0), 및 HC3N(10-9).
• PDR 및 XDR 화학 모델과 비교하기 위해 선 강도 비율도구(예: HNC/HCN, HCO+/HCN)를 구성하였다.
• 표본 전반의 분자 방출에서 주요 추세를 식별하기 위해 주성분 분석을 적용하였다.
• 분자 선 비율을 먼지 온도 및 IRAS 색상과 연관시켜 진화 단계 평가.
• 공간적으로 해상도가 없는 단일 접시 데이터를 사용하여 전반적인 가스 조건을 추론하였으며, 비드 약화된 방출의 한계를 고려하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HCN/HCO+ 및 HNC/HCN 선 비율은 XDR 지배적 AGN 환경과 PDR 지배적 성성 활동 환경을 신뢰성 있게 구분할 수 있는가?
• RQ2 HCO+가 약한 은하에서 뚜렷한 HC3N 방출의 의미는 무엇이며, 이는 내재된 성성 활동을 시사하는가?
• RQ3 CO/13CO 및 CN/C18O와 같은 선 강도 비율은 먼지 온도 및 적외선 빛의 밝기와 어떻게 상관관계를 가지는가?
• RQ4 왜 HNC/HCN 비율이 표본 전반에서 일관되게 0.5 이하로 나타나며, 기존의 화학 모델이 이를 설명할 수 있는가?
• RQ5 관측된 추세는 분자 가스의 광학적 두께, 진동 상태, 또는 진짜 농도 변화에 의해 주로 유도되는가?

주요 결과

• HC3N J=10–9는 다섯 개의 은하에서 검출되었으며, 각각 IRAS 17208, IC 860, NGC 4418, NGC 7771, 그리고 NGC 1068이며, 가장 강한 방출은 IC 860에서 관측되었다.
• HC3N/HCN 비율이 가장 높은 은하는 따뜻한 IRAS 색상(60/100 μm > 0.8)을 보이며, 모든 HC3N 검출은 HCO+/HCN < 1인 소스에서 발생하였다.
• HNC/HCN 선 비율은 표본 전반에서 일관되게 0.5 이하로 나타났으며, 이는 현재의 PDR 또는 XDR 화학 모델로는 설명되지 않는다.
• HCO+ 및 HNC 강도는 반비례 관계를 보인다: 낮은 HCO+/HCN 비율은 높은 HNC/HCN 비율과 함께 나타나며, 이는 다른 화학 또는 진동 조건을 시사한다.
• CO/13CO 강도 비율은 먼지 온도와 정적 상관관계를 보이며, 일반적으로 약 20이며, 은하계 값보다 높다.
• CN 및 C18O 방출은 정적 상관관계를 보이며, 이는 공통된 농도 경향 또는 성성 활동에 의한 풍부화 때문일 수 있다.