[논문 리뷰] The JCMT Nearby Galaxies Legacy Survey VI: The distribution of gas and star formation in M81

José Sánchez-Gallego, J. H. Knapen외 13명|Open Research Online (The Open University)|2010. 11. 23.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 48인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 M81의 첫 번째 완전한 12CO J=3-2 지ap을 제시하며, 낮은 전역 분자의 가스 방출이 나선 팔 영역에 국한되어 있음을 드러낸다. CO, Hα, H i, FUV 및 24 μm 데이터를 결합하여 분석한 결과, 분자의 가스와 항성 형성 간에 강한 상관관계가 있음을 확인하였으며, 선비율(J=3-2/J=1-0)의 평균은 0.43 ± 0.18이며, 이는 (10³–10⁴) cm⁻³ 범위의 수소 밀도를 암시하며 일반적인 은하 조건과 일치한다.

ABSTRACT

We present a first complete 12 CO J=3-2 map of M81, observed as part of the Nearby Galaxies Legacy Survey being carried out at the James Clerk Maxwell Telescope. We detect 9 regions of significant CO emission located at different positions within the spiral arms, and confirm that the global CO emission in the galaxy is low. We combine these data with a new H-alpha map obtained using the Isaac Newton Telescope and archival HI, 24 microns and FUV images to uncover a correlation between the molecular gas and star forming regions in M81. For the nine regions detected in CO J=3-2, we combine our CO J=3-2 data with existing CO J=1-0 data to calculate line ratios. We find that the ratio J=(3-2)/(1-0) is in agreement with the range of typical values found in the literature (0.2-0.8). Making reasonable assumptions, this allows us to constrain the hydrogen density to the range (10^3-10^4) cm^{-3}. We also estimated the amount of hydrogen produced in photo-dissociation regions near the locations where CO J=3-2 was detected.

연구 동기 및 목표

• JCMT를 사용하여 M81의 12CO J=3-2 전이에서 분자 가스의 분포를 맵핑하기.
• 분자 가스, 항성 형성 트레이서(Hα, FUV, 24 μm) 및 원자 수소(H i) 간의 공간적 상관관계를 조사하기.
• CO J=3-2에서 J=1-0로의 선비율을 측정하고, 검출된 영역의 물리 조건, 예를 들어 수소 밀도를 추론하기.
• CO 방출 영역 근처의 광분해 영역(PDRs)의 존재 및 특성 평가하기.

제안 방법

• 근접 은하 레거시 설문 조사의 일환으로 제임스 클락 마ックス웰 전리구(JCMT)를 사용하여 M81의 완전한 12CO J=3-2 지도를 확보하였다.
• 아이자악 뉴턴 전리구를 사용하여 새로운 Hα 방출 지도를 확보하였으며, 스피처 및 기타 설문 조사에서 확보한 기존의 H i, FUV 및 24 μm 데이터를 보완하였다.
• CO J=3-2와 H i의 스펙트럼 프로파일을 비교하여 운동학적 일치성을 확인하고 CO 검출의 타당성을 검증하였다.
• 9개의 검출 영역에 대해 CO 선비율(J=3-2)/(J=1-0)을 계산하고, 단일 성분 복사 전달 모델을 사용하여 수소 밀도를 추정하였다.
• CO 검출 근처의 후보 광분해 영역(PDRs)을 식별하고, 그들의 수소 체적 밀도를 추정하였다.
• 다중 파장 분석을 지원하기 위해 나사/아파 은하외부 데이터베이스(NED) 및 THINGS 설문 조사 데이터를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M81에서 12CO J=3-2 전이에서 분자 가스는 어디에 분포되어 있으며, 항성 형성 트레이서와 비교해보면 어떠한가?
• RQ2 M81에서 CO J=3-2와 J=1-0 선 강도 간의 관계는 무엇이며, 이는 가스의 물리 조건에 대해 어떤 암시를 하는가?
• RQ3 M81에서 분자 가스(CO J=3-2)의 운동학적 성질은 원자 가스(H i)와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 M81에서 항성 형성은 분자 가스 및 Hα, FUV와 얼마나 공간적으로 상관관계가 있는가?
• RQ5 M81에서 CO 방출 영역 근처의 광분해 영역(PDRs)의 물리적 특성, 특히 수소 체적 밀도는 어떠한가?

주요 결과

• 12CO J=3-2 지도는 나선 팔 내부에 위치하고 있으며, 은하 중심으로부터 D₂₅/2 이내에 국한된 9개의 명확한 방출 영역을 드러내었으며, 이는 M81의 낮은 전역 분자 가스 함량을 확인한다.
• 평균 (J=3-2)/(J=1-0) 선비율은 0.43 ± 0.18이며, 다른 은하에서 관측된 일반적인 값과 일치하며 다양한 가스 조건을 암시한다.
• 선비율에서 유도된 수소 밀도는 (10³–10⁴) cm⁻³ 범위로 제한되며, 이 범위의 하한 근처에서 가장 가능성이 높은 값이다.
• CO J=3-2와 H i 선 프로파일은 피크 속도와 선 너비에서 양호한 일치를 보이며, CO 검출의 신뢰성과 유사한 운동학적 성질을 확인한다.
• CO 검출 근처의 광분해 영역(PDRs)은 수소 체적 밀도가 1에서 178 cm⁻³ 사이이며, 가장 높은 밀도 위치에서 한 개의 밀도가 높고 구형인 PDR이 식별되었다.
• Hα와 FUV 방출은 강한 공간적 상관관계를 보이지만, 모든 FUV 밝은 영역에 Hα 대응체가 있는 것은 아니며, 이는 이온화 상태나 투과도의 차이를 암시한다.