[논문 리뷰] Molecular gas and dust in NGC4550: A galaxy with two counterrotating stellar disks

T. Wiklind, C. Henkel|ArXiv.org|2001. 06. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 31인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 스페인 피코 베레타의 IRAM 30m 천체망원경를 사용하여 1992년 10월과 2000년 5월에 CO(1–0) 복사선 관측을 통해 NGC 4550의 중심부에서 1×10⁷ M⊙의 분자기체를 탐지하고, 허블 우주망원경 WFPC2 이미징을 통해 비대칭적인 먼지 분포를 규명하였다. 기체와 먼지의 비대칭적 형태는 반대 방향으로 도는 별의 디스크에서 발생하는 m=1 불안정성과 일치하며, 최근의 가스 공급 사건(<1 Gyr)을 시사한다. 이는 전체적으로 중력붕괴에 안정된 상태임에도 불구하고 밀도가 높은 분자기체 구름 내에서 지속적인 항성 형성이 이루어지고 있으며, 이는 아마도 기체 수명을 제한하는 뜨거운 X선 플라즈마에 의해 조절되고 있을 것이다.

ABSTRACT

We report the detection of 1 10^7 M_sun of molecular gas in the central region of the S0/E7 galaxy NGC4550, inferred from observations of CO(1-0) emission. Dust is detected in HST WFPC2 images and found to be asymmetrically distributed around the nucleus, only extending to a galactocentric distance of 7'' (600 pc). The shape of the CO emission profile is consistent with a molecular gas distribution following the dust. The distribution of the dust and gas in the center could be the result of an m=1 instability, which is the fastest growing unstable mode in counterrotating stellar disks. On a global scale the molecular gas in NGC4550 is stable against gravitational collapse but nevertheless star formation appears to be ongoing with normal star formation efficiency and gas consumption time scales. The stellar velocity dispersion in NGC4550 resembles that of elliptical galaxies. It is therefore likely that a hot X-ray emitting plasma limits the lifetime of the molecular gas, that must arise from a recent (&lt;1 Gyr) accretion event.

연구 동기 및 목표

• NGC 4550의 중심부에 존재하는 분자기체와 먼지의 존재 및 분포를 조사하기 위해.
• 특히 이 은하의 이국적인 반대 방향으로 도는 별 디스크의 구조를 고려할 때, 관측된 분자기체와 먼지의 기원과 역학적 안정성을 규명하기 위해.
• 지속적인 항성 형성이 발생하고 있는지 평가하고, 기체와 먼지의 수명 및 분포를 조절하는 물리적 메커니즘을 평가하기 위해.

제안 방법

• CO(1–0) 복사선은 스페인 피코 베레타의 IRAM 30m 천체망원경를 사용하여 1992년 10월과 2000년 5월에 관측되었으며, 각각 23″ 및 36″의 beam 크기를 가졌다.
• 허블 우주망원경 WFPC2의 기록된 이미지를 사용하여 먼지 분포를 맵핑하였으며, 핵심부에서 약 600 pc까지 연장되는 비대칭적이고 둥그스름한 형태를 규명하였다.
• CO 복사선 프로파일을 운동학적 구조와 비대칭성에 대해 분석하여, 기체와 먼지 분포 간의 상관관계를 분석함으로써 중심부에서 기체와 먼지의 공시적 형태를 추론하였다.
• SED 피팅을 통한 먼지 온도는 39±7 K로 도출되었으며, 이는 지속적인 항성 형성에 의해 상당한 가열이 일어나고 있음을 시사한다.
• 기체의 표면 밀도를 임계 붕괴 임계값과 비교하여 기체의 안정성을 평가하였으며, 전체적으로 중력붕괴에 안정된 것으로 나타났다.
• X선 데이터와 에너지 균형 분석을 통해 뜨거운 X선 플라즈마가 흩어진 먼지와 기체 성분의 수명을 제한하는 역할을 하는지를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 4550 중심부의 분자기체 질량과 공간 분포는 무엇이며, 먼지와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ2 NGC 4550에서 기체와 먼지의 비대칭적이고 둥그스름한 형태는 무엇에 의해 발생하는가?
• RQ3 NGC 4550에서 지속적인 항성 형성이 일어나고 있는가? 만약 그렇다면, 기체가 전체적으로 중력붕괴에 안정된 상태임에도 불구하고 무엇이 이를 유지하고 있는가?
• RQ4 뜨거운 X선 플라즈마의 존재가 NGC 4550의 분자기체와 먼지의 생존 및 수명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 분자기체와 먼지의 기원은 무엇이며, 그것들을 공급한 가스 공급 사건은 얼마나 최근에 발생했는가?

주요 결과

• NGC 4550 중심부의 분자기체 질량은 CO(1–0) 복사선 관측을 통해 1×10⁷ M⊙로 추정되었다.
• 먼지 분포는 비대칭적으로 분포되어 있으며, 은하핵으로부터 7″(600 pc)까지 연장되며 뚜렷한 둥그스름한 형태를 보인다.
• CO 복사선 프로파일과 먼지 분포는 공간적으로 상관관계가 있으며, 중심부에서 기체와 먼지가 공시적으로 존재하고 있음을 시사한다.
• 둥그스름한 형태는 반대 방향으로 도는 별 디스크에서 발생하는 m=1 불안정성에 의해 가장 잘 설명되며, 이러한 시스템에서 가장 빠르게 성장하는 불안정한 모드이다.
• 전체적으로 중력붕괴에 안정된 상태임에도 불구하고 항성 형성은 계속 진행 중이며, 정상적인 항성 형성 효율과 기체 소비 시간 스케일을 보인다.
• 뜨거운 X선 플라즈마의 존재는 흩어진 먼지와 기체 성분의 수명을 약 100 Myr 이하로 제한하며, 이는 기체와 먼지가 최근의 공급 사건(<1 Gyr)으로 인해 유래했음을 시사한다.