[논문 리뷰] SAGAN-II : Molecular gas content of giant radio galaxies

Pratik Dabhade, F. Combes외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 104인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 820개의 거대 라디오은하(GRGs) 목록에서 선별한 12개의 거대 라디오은하에 대해 IRAM-30m 관측을 통해 분자의 가스 함량을 조사하여 연료 공급 메커니즘과 항성 형성 효율성을 평가한다. 세 개의 GRG에서 CO 선을 검출하였으며, 결과적으로 대부분은 메인 시퀀스 또는 수동 단계에 있으며, 두 개는 약 200 Myr의 짧은 가스 고갈 시간을 보이며 AGN 재기동 또는 환경적 상호작용과 관련된 최근의 가스 연료 공급을 시사한다.

ABSTRACT

Radio galaxies with jets of relativistic particles are usually hosted by massive elliptical galaxies with active nuclei powered by accretion of interstellar matter onto a supermassive black hole. In some rare cases (<5%), their jets drive the overall structure to sizes larger than 700 kpc, and they are called giant radio galaxies (GRGs). A very small fraction of the population of such radio galaxies contains molecular and atomic gas in the form of rings or discs that can fuel star formation. The origin of this gas is not well known; it has sometimes been associated with a minor merger with a gas-rich disc galaxy (e.g. Centaurus A) or cooling of material from a hot X-ray atmosphere (e.g. cooling flows). The giant radio jets might be the extreme evolution of these objects, and they can teach us about the radio galaxy evolution. We selected 12 targets from a catalogue of 820 GRGs that are likely to be in a gas-accretion and star formation phase. The targets were selected from the mid-infrared to contain heated dust. We report here the results of IRAM-30m observations, the molecular gas content, and the star formation efficiency, and we discuss the origin of the gas and disc morphology. Three out of our 12 targets are detected, and for the others, we report significant upper limits. We combine our three detections and upper limits with four additional detected GRGs from the literature to discuss the results. Most of the GRG targets belong to the main sequence, and a large fraction are in the passive domain. Their star formation efficiency is comparable to normal galaxies, except for two galaxies that are deficient in molecular gas with a short (~200Myr) depletion time, and a quiescent gas-rich giant spiral galaxy. In general, the depletion time is much longer than the lifetime of the giant radio jet.

연구 동기 및 목표

• 820개의 GRG 목록에서 선별한 12개의 거대 라디오은하에 대한 분자의 가스 함량을 규명하기 위해.
• AGN 및 제트 활동의 연료 공급 메커니즘을 이해하기 위해 GRG의 항성 형성 효율성과 가스 고갈 시간을 평가하기 위해.
• 그룹 상호작용 또는 경미한 분열과 같은 환경적 요인이 GRG에서 가스 유입과 AGN 활동을 촉발하는 역할을 하는지 조사하기 위해.
• 메인 시퀀스 및 항성 형성 폭발 은하와의 비교를 통해 GRG의 진화 상태와 연료 공급 효율성을 평가하기 위해.
• 특히 저광도, 장수명 라디오 소스에서의 AGN 재기동 활동과 CO 검출 간 잠재적 연관성을 규명하기 위해.

제안 방법

• 중간 적외선 과잉을 보이는 12개의 GRG를 SAGAN GRG 목록에서 선별하여, 가열된-dust 및 잠재적인 지속 중인 항성 형성 또는 AGN 활동을 시사한다.
• IRAM-30m 망원경을 사용해 CO(1-0) 및 CO(2-1) 선 관측을 수행하여 분자의 가스를 검출하고, 그 운동학적 특성과 분포를 측정한다.
• 스펙트럼 프로파일을 분석하여 이중 뾰족한 선형형태(두 개의 뾰족한 피크)를 확인하고, 이는 도는 디스크를 시사하며, 지수 디스크 모델을 적합하여 반광도 반경을 추정한다.
• 문헌에서 이미 검출된 4개의 CO-검출 GRG와 샘플을 통합하여 통계적 파wr를 높이고, 가스 함량 및 항성 형성 효율성에 대한 제약 조건을 강화한다.
• Saintonge 등(2017) 및 Combes 등(2011)의 데이터를 사용해 유사 적색편이를 가진 메인 시퀀스(MS) 및 항성 형성 폭발 은하와 비교하여 GRG의 항성 형성률(SFR)과 분자의 가스 함량을 분석한다.
• 가스 고갈 시간(t_dep = M_gas / SFR)을 연료 공급 효율성과 GRG의 진화 상태 평가의 핵심 진단 도구로 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대표적인 12개의 거대 라디오은하에서 분자의 가스 함량은 무엇이며, 일반적인 항성 형성 은하와 비교해 어떻게 다를까?
• RQ2 GRG에서 항성 형성 효율성과 가스 고갈 시간은 무엇이며, 이는 라디오 제트의 연령과 어떻게 관련이 있을까?
• RQ3 GRG에서의 CO 검출은 AGN 재기동 활동 또는 경미한 분열, 그룹 상호작용 등의 환경적 촉발 인자와 관련이 있는가?
• RQ4 GRG의 분자 가스 구성 요소(예: 디스크, 고리 등)의 형상은 일반 은하 또는 항성 형성 폭발 은하와 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ5 GRG는 항성 형성의 메인 시퀀스를 어느 정도 따르며, 수동 또는 침체 상태에 있는 비율은 얼마인가?

주요 결과

• 세 개의 GRG에서 CO(1-0) 및 CO(2-1) 선이 검출되었으며, 거대 나선형 GRG-J2345−0449와 R2-8, R2-9에서의 잠재적 검출이 있었다.
• GRG-J2345−0449의 분자 가스는 반지름이 별 성분과 유사한 지수 디스크 모델로 가장 잘 설명되며, 잘 질서 정연한 도는 구조임을 시사한다.
• 이 연구에서 얻은 12개와 문헌에서 얻은 4개를 합친 총 16개의 GRG 중, 8개는 메인 시퀀스에 위치하고, 7개는 수동 영역에 있으며, 4개는 항성 형성 폭발로 분류되었다.
• 대부분의 GRG에서 항성 형성 효율은 일반 은하와 유사하지만, 두 개는 짧은 고갈 시간(~200 Myr)을 보이며 빠른 가스 소모를 시사한다.
• 고갈 시간이 짧은 두 개의 GRG(740 Myr 및 280 Myr)는 최근의 항성 형성 폭발과 AGN 활동과 연관되어 있어, 활성적인 연료 공급 과정이 진행 중임을 시사한다.
• 수신된 CO 신호를 가진 7개의 GRG 중 4개는 재기동된 라디오 은하로 분류되었으며, 이는 분자 가스가 최근에 AGN에 다시 연료가 공급되었고, 환경적 요인이 연료 공급에 핵심적인 역할을 했을 가능성이 있음을 시사한다.