[논문 리뷰] Winds of change - a molecular outflow in NGC 1377? The anatomy of an extreme FIR-excess galaxy

S. Aalto, S. Müller외 4명|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 21.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 37인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 SubMillimeter Array (SMA) 관측을 통해 극도로 적외선 방출이 높은 은하 NGC 1377에서 젊고 밀도 높은 분자성 방출을 규명하였다. 이 방출은 질량 방출률 >8 M⊙ yr⁻¹, 나이 ~1.4 Myr로, 매장된 먼지로 둘러싸인 소스에서 비롯된 복사압에 의해 유도된 초기 단계의 핵 활동을 시사한다—이는 젊은 AGN 또는 초신성 이전의 별집단 폭발일 가능성이 높으며, 5–25 Myr 이내에 가스가 급격히 제거될 것으로 예상된다.

ABSTRACT

We use high (0."65 x 0."52,(65x52pc)) resolution SubMillimeter Array (SMA) observations to image the CO and 13CO 2-1 line emission of the extreme FIR-excess galaxy NGC 1377. We find bright, complex CO 2-1 line emission in the inner 400 pc of the galaxy. The CO 2-1 line has wings that are tracing a kinematical component which appears perpendicular to that of the line core. Together with an intriguing X-shape of the integrated intensity and dispersion maps, this suggests that the molecular emission of NGC 1377 consists of a disk-outflow system. Lower limits to the molecular mass and outflow rate are M_out(H2)>1e7 Msun and dM/dt>8 Msun/yr. The age of the proposed outflow is estimated to 1.4Myrs, the extent to 200pc and the outflow speed to 140 km/s. The total molecular mass in the SMA map is estimated to M_tot(H2)=1.5e8 Msun (on a scale of 400 pc) while in the inner r=29 pc the molecular mass is M_core(H2)=1.7e7 Msun with a corresponding H2 column density of N(H2)=3.4e23 cm-2 and an average CO 2-1 brightness temperature of 19K. Observing the molecular properties of the FIR-excess galaxy NGC 1377 allows us to probe the early stages of nuclear activity and the onset of feedback in active galaxies. The age of the outflow supports the notion that the current nuclear activity is young - a few Myrs. The outflow may be powered by radiation pressure from a compact, dust enshrouded nucleus, but other driving mechanisms are possible. The buried source may be an AGN or an extremely young (1Myr) compact starburst. Limitations on size and mass lead us to favour the AGN scenario, but further studies are required to settle the issue. In either case, the wind with its implied mass outflow rate will quench the nuclear power source within a very short time of 5-25 Myrs. It is however possible that the gas is unable to escape the galaxy and may eventually fall back onto NGC 1377 again.

연구 동기 및 목표

• 매장된 핵 소스를 지닌 극도로 FIR 과잉 은하인 NGC 1377의 분자 가스 분포 및 운동학을 조사하기 위해.
• 고해상도 분자선 방출을 분석함으로써 핵 활동의 성격과 진화 상태를 규명하기 위해.
• 관측된 방출이 밀도 높고 은폐된 AGN의 복사압에 의해 유도되는지, 또는 젊고 밀도 높은 별집단 폭발에 의해 유도되는지 평가하기 위해.
• 역학적 제약 조건과 공간 분포를 기반으로 분자 질량, 방출률, 역학적 나이를 추정하여 피드백 메커니즘과 진화 타임라인을 제약하기 위해.
• 방출이 몇 백만 년 내에 핵 활동을 억제할지, 그리고 가스가 향후 활동을 재연료하기 위해 다시 낙하할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 12 CO 및 13 CO 2–1 전이를 위한 고해상도 (0.′′65 × 0.′′52) 및 저해상도 (4.′′88 × 2.′′93) SubMillimeter Array (SMA) 관측.
• 선 방출 형태, 속도 구조, 공간적 정렬을 분석하여 디스크-방출 운동학을 식별하기 위해.
• X자형 통합 강도 및 분산도를 사용하여 방출 기하학 및 콘덴세이션 정도를 추론하기 위해.
• 광학 두께 및 비드 필링 요인 보정을 포함한 표준 12 CO에서 H₂로의 변환 계수를 사용하여 분자 질량 추정하기.
• 역학적 제약 조건과 공간적 제약 조건을 기반으로 질량 방출률, 속도, 범위, 개구각, 역학적 나이 등의 방출 매개변수 계산하기.
• 광학 두께 및 기체 조건 평가를 위해 12 CO, 13 CO 및 C 18 O 선 강도 비교하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 1377의 분자 방출은 디스크-방출 시스템과 일치하는가? 이에 대한 증거는 무엇인가?
• RQ2 관측된 분자 방출의 역학적 나이는 얼마이며, 핵 활동의 시간 척도를 어떻게 제약하는가?
• RQ3 방출은 매장된 AGN의 복사압에 의해 유도되는가, 아니면 젊고 밀도 높은 별집단 폭발에 의해 유도되는가?
• RQ4 총 분자 질량과 질량 방출률은 얼마이며, 이는 핵 영역의 향후 진화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 방출이 몇 백만 년 내에 중심 가스 저축을 제거할 수 있는가? 그리고 가스가 결국 다시 낙하하여 향후 활동을 재연료할 수 있는가?

주요 결과

• 12 CO 2–1 선 방출은 선 핵심에 수직된 날개를 지닌 복잡하고 운동학적으로 구별되는 성분을 보여주며, 이는 디스크-방출 시스템을 시사한다.
• 방출의 최소 질량은 >1 × 10⁷ M⊙이며, 질량 방출률은 >8 M⊙ yr⁻¹, 역학적 나이는 ~1.4 Myr이다.
• 방출은 약 200 pc 범위로 확장되며, 속도는 약 140 km s⁻¹, 개구각은 60°–70°이며, 위치각은 약 40°로 정렬되어 있다.
• SMA 맵 내 총 분자 질량은 1.5 × 10⁸ M⊙이며, 중심 29 pc 내에는 1.7 × 10⁷ M⊙가 포함되어 있고, 표면 밀도는 3.4 × 10²³ cm⁻²이다.
• 12 CO 2–1 선의 평균 밝기 온도는 19 K이며, 이는 운동온도의 하한선을 시사하지만, 필링 요인이 1 미만일 경우 더 높은 온도일 가능성이 있다.
• 1 mm 연속 방출은 약한 (2.4 mJy)이고 균일하며, C 18 O의 유의미한 검출이 없어 광학 두께가 낮고 고진동 조건임을 시사한다.