[论文解读] Luminous HC3N line emission in NGC4418 - buried AGN or nascent starburst?

S. Aalto, Raquel Rodriguez Monje+1 more|May 21, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 27

一句话总结

本研究利用IRAM 30米望远镜对分子谱线的观测，探究了NGC 4418星系核被遮挡的活动性质。研究发现HC3N的发射异常明亮，且HNC与HC3N的激发态较高，这些现象更可能由年轻星暴的辐射激发所解释，而非由隐藏的活动星系核（AGN）引发的X射线主导区（XDR）。HCN/HCO+谱线强度比与星形成活动一致，挑战了该比值作为XDR诊断的确定性。

ABSTRACT

IRAM 30m observations reveal that the deeply obscured IR-luminous galaxy NGC4418 has a rich molecular chemistry - including unusually luminous HC3N line emission. We furthermore detect: ortho-H2CO 2-1, 3-2; CN 1-0, 2-1; HCO+, 1-0. 3-2, HCN 3-2, HNC 1-0, 3-2 (and tentatively OCS 12-11). The HCN, HCO+, H2CO and CN line emission can be fitted to densities of n=5 x 10E4 - 10E5 cm-3 and gas temperatures Tk=80-150 K. Both HNC and HC3N are, however, significantly more excited than the other species which requires higher gas densities - or radiative excitation through e.g. mid-IR pumping. The HCN line intensity is fainter than that of HCO+ and HNC for the 3-2 transition, in contrast to previous findings for the 1-0 lines where the HCN emission is the most luminous. We tentatively suggest that the observed molecular line emission is consistent with a young starburst, where the emission can be understood as emerging from dense, warm gas with an additional PDR component. We find that X-ray chemistry is not required to explain the observed mm line emission, including the HCN/HCO+ 1-0 and 3-2 line ratios. The luminous HC3N line emission is an expected signature of dense, starforming gas. A deeply buried AGN can not be excluded, but its impact on the surrounding molecular medium is then suggested to be limited. However, detailed modelling of HC3N abundances in X-ray dominated regions (XDRs) should be carried out. The possibility of radiative excitation should also be further investigated

研究动机与目标

• 确定NGC 4418核区分子气体的物理条件，该星系为深度遮挡、高红外亮度的星系。
• 评估观测到的分子谱线强度比（特别是HCN/HCO+）是否表明存在与隐藏AGN相关的X射线主导区（XDR）。
• 评估HC3N异常明亮的发射是否可由星形成解释，或是否需要AGN驱动的化学过程。
• 检验HCN/HCO+谱线强度比作为遮挡星系中XDR诊断工具的可靠性。
• 探讨中红外辐射激发（中红外泵浦）在解释HNC与HC3N高激发态中的作用。

提出的方法

• 在IRAM进行单天线30米望远镜观测，探测HNC、HCN、HCO+、CN、HC3N、H2CO和OCS的转动跃迁。
• 采用非-LTE、单组分辐射转移建模，从谱线强度推导气体温度（Tk）和密度（n）。
• 使用高斯线型拟合测量所有检测到的跃迁的积分强度、线宽和中心径向速度。
• 通过在相同物理条件下比较谱线光度，估算分子相对于H2的丰度。
• 通过将观测到的谱线光度与热激发预期值进行比较，评估中红外连续谱泵浦对HNC和HC3N激发的影响。
• 评估观测到的谱线强度比与星暴模型和XDR模型的一致性，特别关注HCN/HCO+和HC3N丰度。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 4418中HC3N的明亮发射是否与年轻星暴一致，还是需要AGN驱动的XDR模型解释？
• RQ2 HNC与HC3N的高激发态是否可仅由热过程解释，还是需要中红外辐射激发？
• RQ3 HCN/HCO+ 1–0谱线强度比是否可靠地指示XDR的存在，还是也可能在年轻星暴中出现？
• RQ4 NGC 4418星系核区致密分子气体的物理条件（Tk, n）是什么？
• RQ5 观测到的谱线强度比与XDR和PDR模型的预测相比如何？

主要发现

• HC3N的J=10–9、16–15和25–24跃迁发射异常明亮，其中10–9线强度与CN 1–0相当，表明HC3N丰度极高。
• HNC 3–2发射强度为HCN 3–2的2.3倍，表明存在非热激发，极可能由波长约20 µm的中红外泵浦引起。
• HCN/HCO+ 3–2谱线强度比约为0.5，与Imanishi等人（2004）报告的HCN/HCO+ 1–0比值大于1形成对比，表明激发环境复杂。
• HCO+、HCN、H2CO和CN的谱线发射可由单一气体组分良好拟合，其温度Tk = 80–150 K，密度n = 5×10⁴–1×10⁵ cm⁻³。
• HC3N与HNC的激发态显著高于其他分子，需更高密度（>10⁵ cm⁻³）或辐射激发才能解释。
• 观测到的谱线强度比更符合包含热核类成分（用于HC3N与HCN）和PDR成分（用于HCO+、CN、HNC）的年轻星暴模型，而非主导的XDR模型。