[논문 리뷰] Deep ALMA imaging of the merger NGC1614 - Is CO tracing a massive inflow of non-starforming gas?

S. König, S. Aalto외 5명|Research Explorer (The University of Manchester)|2016. 03. 17.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 51인용 수 13

한 줄 요약

딥 ALMA 관측은 NGC1614의 병합에서 12CO가-dust 랜드를 따라 퍼져 있는 질량이 크고 흐린, 항성 형성과 관련이 없는 가스 유입을 추적하는 것으로 드러났으며, 13CO는 먼지 랜드와 핵외 항성 형성 고리 사이에서 피크를 이룹니다. 이는 압축되고 자체중력이 작용하는 가스를 시사합니다. 먼지 랜드에서 극도로 높은 12CO/13CO 선비율(>45)과 높은 O-16/O-18 비율(≥900)은 핵의 화학적 농축이 미처리된 유입 가스에 의해 희석되고 있음을 시사하며, 이는 경량 병합에 의해 유도된 유입에 의한 일시적인 핵 연료 공급 단계임을 시사합니다.

ABSTRACT

Observations of the molecular gas over scales of 0.5 to several kpc provide crucial information on how gas moves through galaxies, especially in mergers and interacting systems, where it ultimately reaches the galaxy center, accumulates, and feeds nuclear activity. Studying the processes involved in the gas transport is an important step forward to understand galaxy evolution. 12CO, 13CO and C18O1-0 high-sensitivity ALMA observations were used to assess properties of the large-scale molecular gas reservoir and its connection to the circumnuclear molecular ring in NGC1614. The role of excitation and abundances were studied in this context. Spatial distributions of the 12CO and 13CO emission show significant differences. 12CO traces the large-scale molecular gas reservoir, associated with a dust lane that harbors infalling gas. 13CO emission is - for the first time - detected in the large-scale dust lane. Its emission peaks between dust lane and circumnuclear molecular ring. A 12CO-to-13CO1-0 intensity ratio map shows high values in the ring region (~30) typical for the centers of luminous galaxy mergers and even more extreme values in the dust lane (>45). This drop in ratio is consistent with molecular gas in the dust lane being in a diffuse, unbound state while being funneled towards the nucleus. We find a high 16O-to-18O abundance ratio in the starburst region (>900), typical of quiescent disk gas - by now, the starburst is expected to have enriched the nuclear ISM in 18O relative to 16O. The massive inflow of gas may be partially responsible for the low 18O/16O abundance since it will dilute the starburst enrichment with unprocessed gas from greater radii. The 12CO-to-13CO abundance is consistent with this scenario. It suggests that the nucleus of NGC1614 is in a transient phase of evolution where starburst and nuclear growth are fuelled by returning gas from the minor merger event.

연구 동기 및 목표

• 병합 NGC1614에서 강력한 항성 형성과 핵 활동을 연료 공급하는 분자 가스 유입의 역할을 조사하기 위해.
• 큰 규모의 분자 저장고와 먼지 랜드에서 12CO 방출이 항성 형성과 관련이 없는 가스를 추적하는지 여부를 규명하기 위해.
• 가스 진동 상태, 농도 비율, 고밀도 트레이서(CN, CS)의 영향을 고려하여 병합 내 분자 가스의 물리적 상태를 이해하기 위해.
• 관측된 선 비율과 C18O 비검출의 의미를 고려하여 항성 형성 연령 추정과 화학적 농축 역사를 평가하기 위해.

제안 방법

• 113.5 GHz(12CO 1-0), 108.5 GHz(13CO 1-0), 111.4/111.7 GHz(CN 1-0), 96.4 GHz(CS 2-1), 108.1 GHz(C18O 1-0)에서 고감도 ALMA 관측을 통해 ~4'' 해상도로 분자 가스 분포를 맵핑함.
• 은하 전체에 걸쳐 광역적 광학 두께, 진동 상태, 농도 변화를 탐색하기 위해 공간 해상도가 높은 12CO/13CO 선비율 맵을 구성함.
• 12CO는 광학 두꺼움, 13CO는 광학 얕음으로 가정하여 12CO/13CO 강도 비율을 이용해 12C/13C 농도 비율을 추론함.
• 표준 동위체 농도 비율을 가정하여 관측된 12CO/13CO 선비율과 12CO/13CO 비율에서 산출된 O-16/O-18 농도 비율을 추정함.
• 고밀도 트레이서인 CN과 CS를 사용하여 핵외 고리 내 자가중력 작용을 하는 밀도 높은 가스 덩어리 식별함.
• C18O 방출에 대한 상한선을 사용하여 18O/16O 농도 비율을 제약하고 항성 형성에 의한 화학적 농축을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC1614에서 12CO 방출은 먼지 랜드 내 항성 형성과 관련이 없는 분자 가스를 추적하고 있는가?
• RQ2 왜 13CO 방출은 먼지 랜드에서 12CO와 공간적으로 오프셋되어 있으며, 이는 가스 밀도와 자가중력에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 왜 먼지 랜드에서 극도로 높은 12CO/13CO 선비율(>45)이 관측되었으며, 이는 가스 진동 상태와 농도와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 왜 C18O가 검출되지 않았으며, 이는 18O/16O 농도 비율과 항성 형성 연령에 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 외부 디스크에서 유입되는 미처리된 가스의 유입은 핵의 화학적 농축과 항성 형성 역사에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 12CO 1-0 방출은 남부 조류 테일로 연장되는 대규모로 퍼져 있는 흐린 분자 가스 저장고를 추적하며, 이는 비항성 형성 가스의 질량 있는 유입을 시사함.
• 13CO 1-0 방출은 먼지 랜드에서 처음으로 검출되었으며, 먼지 랜드와 핵외 고리 사이에서 피크를 이룹니다. 이는 밀도가 증가하는 전이 영역을 시사함.
• 먼지 랜드에서 12CO/13CO 1-0 선비율은 >45에 이르며, 핵외 고리에서는 약 ~30으로 감소함. 이는 먼지 랜드의 가스는 흐리고 비결속되어 있으며, 고리의 가스는 더욱 밀도가 높고 자가중력 작용을 받는다는 것을 시사함.
• C18O 방출이 비검출됨으로써 항성 형성 영역에서 16O/18O 농도 비율 ≥900으로 추정되며, 장기적 화학적 농축의 기대와 불일치함. 이는 미처리된 유입 가스에 의한 희석을 시사함.
• 유도된 12C/13C 농도 비율이 90을 초과하여, 이는 희석 시나리오와 일치함. 이는 핵이 경량 병합에 의해 유도된 유입에 의해 일시적으로 연료 공급을 받고 있다는 것을 시사함.
• CN과 CS 방출의 검출은 핵외 고리 내 밀도가 높고 자가중력 작용을 하는 가스 존재를 확인하며, 이는 강력한 중심 항성 형성과 일치함.