[论文解读] CO(4-3) and dust emission in two powerful high-z radio galaxies, and CO lines at high redshifts

Padeli P. Papadopoulos, H. J. A. Röttgering+5 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Aug 26, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究首次在两个高红移射电星系（4C 60.07，z=3.79 和 6C 1909+722，z=3.53）中探测到 CO(4-3)发射线及亚毫米波段尘埃连续辐射，揭示了巨大的分子气体质量（约 0.5–1×10¹¹ M☉）和强烈的星暴活动。4C 60.07 中呈现延伸且复杂的 CO 分布形态，表明其为一个由并合驱动、富含气体的系统，正处于形成质量巨大的椭圆星系并宿主射电 loud AGN 的早期阶段。

ABSTRACT

We report the detection of sub-mm emission from dust at 850 microns and of the 12CO J=4-3 line in the two distant powerful radio galaxies 4C 60.07 (z=3.79) and 6C 1909+722 (z=3.53). In the case of 4C 60.07 the dust emission is also detected at 1.25 mm. The estimated molecular gas masses are large, of the order of ~(0.5-1)x10^{11} Solar. The large FIR luminosities (L_fir ~ 10^{13} Solar) suggest that we are witnessing two major starburst phenomena, while the observed large velocity widths (FWHM > 500 km/sec) are characteristic of mergers. In the case of 4C 60.07 the CO emission extends over ~30 kpc and spans a velocity range of >1000 km/sec. It consists of two distinct features with FWHM of >= 550 km/sec and ~150 km/sec and line centers separated by >=700 km/sec The least massive of these components is probably very gas-rich with potentially >=60% of its dynamical mass in the form of molecular gas. The extraordinary morphology of the CO emission in this object suggests that it is not just a scaled-up version of a local Ultra Luminous Infrared Galaxy, and it may be a formative stage of the elliptical host of the residing radio-loud AGN. Finally we briefly explore the effects of the wide range of gas excitation conditions expected for starburst environments on the luminosity of high-J CO lines. We conclude that in unlensed objects, CO (J+1-->J), J+1>3 lines can be significantly weak with respect to CO J=1-0 and this can hinder their detection even in the presence of substantial molecular gas masses.

研究动机与目标

• 研究两个红移约 3.5–3.8 的强大高红移射电星系中的分子气体含量与恒星形成活动。
• 通过亚毫米波段的 CO 转动能级发射线与尘埃连续辐射测量，确定分子气体的物理条件。
• 评估高 J 激发态 CO 转动能级（如 J=4-3）在高红移星暴环境中的可探测性。
• 探讨气体激发条件对高 J 激发态 CO 转动能级的光度相对于 J=1-0 的影响。

提出的方法

• 利用詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）进行亚角秒分辨率的亚毫米波观测，探测 850 μm 和 1.25 mm 波段的尘埃发射。
• 采用干涉与单镜面技术对 1.3 mm 波段的 CO(4-3) 转动能级进行观测，以绘制分子气体的动力学分布。
• 基于标准的 X_CO 因子与激发修正，从 CO(4-3) 线光度估算分子气体质量。
• 通过尘埃连续辐射计算远红外（FIR）光度，以推断恒星形成率，并与 CO 线宽进行比较。
• 分析 CO 发射的径向速度分布与空间扩展，以推断动力学质量与并合特征。
• 建模不同气体激发条件对高 J 激发态 CO 线光度相对于 J=1-0 的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在两个高红移射电星系 4C 60.07 和 6C 1909+722 中，分子气体的质量与分布如何？
• RQ2 这些系统中的 CO(4-3) 线轮廓与尘埃发射与本地 ULIRG 及星暴模板相比有何异同？
• RQ3 高 J 激发态 CO 转动能级（J>3）在高红移星暴中多大程度上能追踪分子气体？其与 J=1-0 的关系如何？
• RQ4 气体激发条件对未放大的高红移系统中高 J 激发态 CO 线的可探测性有何影响？
• RQ5 4C 60.07 中的 CO 发射形态是否与一个由并合驱动、富含气体的系统一致，该系统正处于形成质量巨大椭圆星系的早期阶段？

主要发现

• 在 4C 60.07（z=3.79）和 6C 1909+722（z=3.53）中均探测到 CO(4-3) 发射，其中 4C 60.07 展现出覆盖约 30 kpc 的延伸发射。
• 在 4C 60.07 中探测到 850 μm 和 1.25 mm 的尘埃发射，在 6C 1909+722 中探测到 850 μm 尾巴，表明存在显著的冷尘埃储库。
• 基于 CO(4-3) 线光度与标准激发校正，估算出两个源的分子气体质量约为 ~0.5–1×10¹¹ M☉。
• 远红外光度约为 10¹³ L☉，表明存在强烈的星暴活动，与高恒星形成率和巨大气体储库一致。
• 4C 60.07 中的 CO(4-3) 线呈现两个独立成分，其 FWHM 分别 ≥550 km/s 和 ~150 km/s，速度间隔 ≥700 km/s。
• 质量最小的 CO 成分中，气体质量占比 ≥其动力学质量的 60%，表明气体极度丰富，可能起源于并合事件。