[論文レビュー] Anatomy of the Sagittarius A complex: IV. Sgr A* and the Central Cavity revisi- ted

R. Zylka, P. G. Mezger+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 1994

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、JCMTを用いてSgr A*およびその周囲の準ミリ波長画像（800、600、450 µm）を取得し、放射度密度を導出し、時間平均された電波スペクトルを構築した。このスペクトルは約600 GHzでピークを示し、10⁴ GHz以上で急激に低下する。スペクトルから、50 Kのダスト約3 M☉および関連する水素が存在すると推定され、平坦な底面を持つ中心空洞と、200 M☉の原子水素「タンゴ」に一致するダスト放射の変動が得られた。このタンゴは、ミニスパイラルの北東領域に位置する。

ABSTRACT

We present submm images of Sgr A* and its surroundings obtained at 800, 600 and 450 $\mu$m with the JCMT and derive flux densities of Sgr A* at all three wave- lengths. Combined with upper limits by Gezari and associates at MIR wavelengths a time averaged radio spectrum is obtained which increases $\propto u^{1/3}$, attains a maximum at $ u_max \ga 600 GHz$ and must decrease rapidly at fre- quencies $\ga 10^4$GHz. This spectrum allows for about $3 M}_\odot$ of 50K dust and associated hydrogen in the telescope beam. While variations on time-scales of a few months are now well established for the frequency range $ u \la 100 GHz$, our investigation of variability at higher frequencies still yields only marginal results. The Circum-Nuclear Disk (CND) extends over the central 12 pc. At the galactocentric radius $R \sim 1 pc$ dust and hydrogen column densities drop to low values and form the Central Cavity. Our submm images show that the bottom of this cavity is rather flat. Variations in the dust emission are just consistent with the detection of a `Tongue' of $\sim 200 M_\odot$ of atomic hydrogen reported by Jackson et al. (1993) to be located between the Northern and the Eastern Arm of the Minispiral. We present a revised submm/IR spectrum of the central $30\arcsec$ (R$\la 0.6 pc$) with flux densities corrected for an interstellar extinction of $A_v \sim 31 mag$. This spectrum attains its maximum at $\lambda \sim 20 \mu m$ and comes from dust with temperatures $\sim 170 - 400 K$ which is associated with the Eastern Arm and the East-West Bar. The in- tegrated luminosity is $\sim 5 10^6 L_\odot$ to which emission at $\lambda \la 30 \mu m$ contributes $\sim 80\%$. Heating of this dust is not provided by a central source but rather by a cluster of hot ($T eff \sim 3 - 3.5 10^4 K$) and luminous stars which could include the He{\sc i}/H{\sc i}-stars detected by

研究の動機と目的

• 銀河中心におけるSgr A*複合体の準ミリ波長および赤外線放射を特徴づけ、中心部におけるダストおよびガスの分布と性質を理解すること。
• 電波から準ミリ波にわたり、Sgr A*の時間平均スペクトルエネルギー分布を特定し、中赤外線上昇限界からの制約を含めること。
• 中心空洞および環状核ディスク（CND）の構造と物理的状態を、特に半径約1 pcの領域で調査すること。
• 中心部におけるダスト加熱の起源、特に東腕および東西バー領域において、星族の果たす役割を評価すること。
• 準ミリ波帯域における変動性を検討し、200 M☉の原子水素構造（「タンゴ」）の存在と整合性があるかを検証すること。

提案手法

• ジェームズ・クリーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）を用いて、800、600、450 µmの高分解能準ミリ波長画像を取得する。
• これらの3波長におけるSgr A*の放射度密度を導出し、時間平均電波スペクトルを構築する。
• Gezariらの結果からの中赤外線上昇限界を組み込み、電波から赤外線にわたり、全スペクトルエネルギー分布を制約する。
• 星間減光（A_V ~ 31 mag）を補正し、中心30角秒（R < 0.6 pc）内の固有準ミリ波／赤外線スペクトルを導出する。
• スペクトルからのダスト温度分布および発光度のモデリングを行い、東腕および東西バーからの放射成分を特定する。
• 100 GHz未満の周波数帯で数か月スケールの変動を分析し、高周波数帯ではわずかな変動検出を試みる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心空洞の形状および物理的構造は、特に半径約1 pcの領域でどうなっているか？
• RQ2 Sgr A*の時間平均スペクトルエネルギー分布は、電波から準ミリ波にわたりどのように変化するか？また、これはダストおよび関連ガスの質量と温度にどのような含意を持つのか？
• RQ3 準ミリ波帯域の変動は、Jacksonら（1993年）が特定した200 M☉の原子水素「タンゴ」の存在とどのように関係しているか？
• RQ4 中心0.6 pcにおけるダスト加熱の起源は何か？特に東腕および東西バー領域において、星からの放射と整合性があるか？
• RQ5 準ミリ波および中赤外線データは、中心空洞における全発光度およびダスト温度分布にどのような制約を課すか？

主な発見

• Sgr A*の時間平均電波スペクトルは、ν^(1/3)に比例して増加し、ν_max ≥ 600 GHzでピークを示し、10⁴ GHz以上で急激に低下する。これは、スペクトルの折り返しと高周波数ロールオーバーを示している。
• スペクトルから、望遠鏡ビーム内に約50 Kのダスト約3 M☉および関連水素が存在すると推定され、コンパクトで温かいダスト貯留源と整合的である。
• 中心空洞は、CND（R ~ 12 pc）から内側へ延び、R ~ 1 pcで平坦な底面を示し、ダストおよび水素の表面密度が低い。
• 準ミリ波画像から、ダスト放射の変動は、ミニスパイラルの北腕および東腕の間にある200 M☉の原子水素構造（「タンゴ」）の存在とわずかに整合的である。
• 中心30角秒（R < 0.6 pc）の再評価された準ミリ波／赤外線スペクトルは、λ ~ 20 µmでピークを示し、主に170–400 Kの温度のダストによって支配されており、東腕および東西バーと関連している。
• 中心領域の統合発光度は約5 × 10⁶ L☉であり、約80%がλ < 30 µmの発光に起因する。加熱は、中心源ではなく、高温で高輝度の星（T_eff ~ 3–3.5 × 10⁴ K）のクラスタによるものとされる。