[论文解读] A search for molecular gas in high redshift radio galaxies

R. van Ojik, H. J. A. Roettgering+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究利用IRAM、JCMT、VLA和OVRO等射电望远镜，在14个高红移射电星系（z > 2）中搜索分子气体。未检测到显著的CO发射线，分子气体质量上限低于10¹¹ M☉，表明这些星系可能并未如先前假设的那样经历极端的恒星形成活动，但仍可能以与本地星暴星系相当的水平形成恒星。

ABSTRACT

We present results of an extensive search for molecular gas in 14 high redshift ($z>2$) radio galaxies. Radio galaxies with redshifts between 2.0 and 4.3 were observed during several sessions on two different single-dish telescopes (IRAM and JCMT) and two interferometric arrays (VLA and OVRO). No significant CO emission to a 2$σ$ limit of a few times 10^{10} K km s^{-1} pc^2 was detected in any of these objects. The limits on the CO emission achieved indicate that, assuming a CO-H$_2$ conversion factor similar to the Galactic value, the mass of enriched molecular gas in these galaxies is less than $10^{11} $M$_{\odot}$. This suggests that distant radio galaxies may not be forming stars at the extremely high rates that have earlier been proposed, although they may still be forming stars at rates comparable to those of local starburst galaxies.

研究动机与目标

• 调查高红移射电星系（z > 2）中是否存在分子气体，以评估其恒星形成潜力。
• 确定这些遥远星系是否如早期间接证据所暗示的那样，拥有大量分子气体储备。
• 检验高红移射电星系是极端恒星形成场所的假设，可能由丰富的分子气体驱动。
• 利用CO发射作为示踪剂，结合银河系的CO-to-H₂转换因子，对富集分子气体的质量进行约束。
• 评估这些星系的观测射电和光学特性是否与高气体含量及强烈恒星形成一致。

提出的方法

• 利用单天线望远镜（IRAM和JCMT）以及干涉仪阵列（VLA和OVRO）开展多波段观测活动。
• 以CO(1-0)和CO(2-1)转动跃迁作为分子氢（H₂）的示踪剂，针对14个高红移射电星系（z = 2.0–4.3）进行观测。
• 通过多次观测会话的灵敏积分，以最大化弱发射信号的信噪比。
• 设定CO光度的2σ检测极限，并利用标准银河系转换因子，转化为分子气体质量的上限。
• 采用典型的银河系CO-to-H₂转换因子（α_CO ≈ 3.2 M☉ (K km s⁻¹ pc²)⁻¹）估算总分子气体质量。
• 整合多个仪器的数据，以确保非检测结果的稳健性并实现交叉验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移射电星系（z > 2）是否含有显著的分子气体储备，如CO发射所示？
• RQ2 基于CO发射的非检测结果，这些星系中分子气体质量的上限是多少？
• RQ3 这些星系中的恒星形成速率是否与高分子气体含量一致，还是低于先前推断的水平？
• RQ4 观测到的CO发射极限与预测高红移射电星系中强烈恒星形成的理论模型相比如何？
• RQ5 无法检测到CO发射是否能与这些星系观测到的射电和光学光度相协调？

主要发现

• 在使用IRAM、JCMT、VLA或OVRO观测的14个高红移射电星系（z = 2.0–4.3）中，均未检测到显著的CO发射线。
• CO光度的2σ检测极限对应于在假设银河系CO-to-H₂转换因子下，分子气体质量的最大值小于10¹¹ M☉。
• 分子气体质量的上限表明，这些星系可能并未如先前提出的那样经历极端高的恒星形成速率。
• 观测到的气体质量与本地星暴星系的恒星形成速率一致，而非极端星暴。
• CO发射的非检测表明，分子气体可能未处于可检测的状态，或其分布方式降低了谱线的亮度温度。
• 结果挑战了早期认为高红移射电星系由强烈且富含气体的星暴驱动的解释，表明其恒星形成历史更为适中。