[论文解读] A Ten Billion Solar Mass Outflow of Molecular Gas Launched by Radio Bubbles in the Abell 1835 Brightest Cluster Galaxy

B. R. McNamara, H. R. Russell+18 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 63被引用 58

一句话总结

本研究利用ALMA观测，在阿贝尔1835最亮星系团星系中探测到一个100亿倍太阳质量的分子气体外流，其由活动星系核的射电泡驱动。该外流质量流速约为~200 M☉ yr⁻¹，表明射电模式反馈能够有效抬升致密分子气体，挑战了传统认为此类反馈仅影响热大气层的假设。

ABSTRACT

We report ALMA Early Science observations of the Abell 1835 brightest cluster galaxy (BCG) in the CO (3-2) and CO (1-0) emission lines. We detect 5E10 solar masses of molecular gas within 10 kpc of the BCG. Its velocity width of ~130 km/s FWHM is too narrow to be supported by dynamical pressure. The gas may instead be supported in a rotating, turbulent disk oriented nearly face-on. The disk is forming stars at a rate of 100-180 solar masses per year. Roughly 1E10 solar masses of molecular gas is projected 3-10 kpc to the north-west and to the east of the nucleus with line of sight velocities lying between -250 km/s to +480 km/s with respect to the systemic velocity. Although inflow cannot be ruled out, the rising velocity gradient with radius is consistent with a broad, bipolar outflow driven by radio jets or buoyantly rising X-ray cavities. The molecular outflow may be associated with an outflow of hot gas in Abell 1835 seen on larger scales. Molecular gas is flowing out of the BCG at a rate of approximately 200 solar masses per year, which is comparable to its star formation rate. How radio bubbles lift dense molecular gas in their updrafts, how much gas will be lost to the BCG, and how much will return to fuel future star formation and AGN activity are poorly understood. Our results imply that radio-mechanical (radio mode) feedback not only heats hot atmospheres surrounding elliptical galaxies and BCGs, it is able to sweep higher density molecular gas away from their centers.

研究动机与目标

• 调查射电模式反馈在将致密分子气体从最亮星系团星系（BCG）中心驱逐中的作用。
• 确定阿贝尔1835 BCG中分子气体的质量、运动学特性及其起源，特别是与射电泡的关系。
• 评估射电机械反馈是否可通过将分子气体从星系核部抬升来调节冷物质向活动星系核的吸积。
• 评估反馈对恒星形成的影响，以及在大质量椭圆星系中长期维持活动星系核活动的燃料供给机制。

提出的方法

• 在CO (3-2) 和 CO (1-0) 跃迁线上开展ALMA早期科学观测，以绘制分子气体的分布与运动学特征。
• 测量分子气体的速度宽度（FWHM ~130 km s⁻¹）及其空间范围，以评估动力学支持程度及旋转/湍流特性。
• 分析径向速度梯度以推断外流信号，特别是在核区西北方向和东侧3–10 kpc范围内的气体。
• 采用CO-to-H₂转换因子（X_CO），结合银河系值并根据金属丰度与湍流进行修正，估算分子气体质量。
• 将外流速率（~200 M☉ yr⁻¹）与恒星形成速率（100–180 M☉ yr⁻¹）进行比较，以评估反馈效率。
• 将外流建模为由射电泡驱动的双极结构，其速度梯度随半径增加，与观测一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 射电模式反馈，传统上被认为仅影响热大气层，是否也能驱散致密分子气体？
• RQ2 阿贝尔1835 BCG中分子气体的质量与运动学结构如何？其是否处于动力学支持状态或处于外流中？
• RQ3 观测到的分子外流速率与恒星形成速率相比如何？这对活动星系核燃料供给反馈意味着什么？
• RQ4 在类似星暴环境的阿贝尔1835中，X_CO因子与银河系值相比偏离程度如何？这对质量估算有何影响？
• RQ5 观测到的分子外流是否与浮力上升的X射线腔体或射电喷流驱动一致？

主要发现

• 在阿贝尔1835 BCG核区10 kpc范围内探测到约5 × 10¹⁰ M☉的分子气体质量，与旋转湍流盘结构一致。
• 在核区西北方向和东侧3–10 kpc范围内，额外投影了约10¹⁰ M☉的分子气体，其视线速度范围为–250至+480 km s⁻¹。
• 随半径增加的速度梯度支持存在一个宽广的双极分子外流，极有可能由射电泡或喷流驱动。
• 分子外流速率约为200 M☉ yr⁻¹，与恒星形成速率（100–180 M☉ yr⁻¹）相当，表明反馈存在强耦合。
• 外流与射电泡驱动一致，表明射电机械反馈可高效地将致密分子气体从星系中心抬升。
• 尽管X_CO存在不确定性，即使低估数倍，外流质量仍超过10⁹ M☉，证实了结果的稳健性。