[논문 리뷰] Molecular gas in the galaxy M83. I - The molecular gas distribution

A. Lundgren, Tommy Wiklind외 2명|ArXiv.org|2003. 09. 29.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 46인용 수 48

한 줄 요약

이 연구는 SEST 망원경을 사용하여 날카러운 해상도의 12CO J=1–0 및 J=2–1 관측을 통해 M83은 나선형 뱀모양의 은하에서 분자의 가스를 전체 광학적 디스크에 걸쳐 맵핑한다. 이는 이중성 CO 선비율(평균 0.77), 강한 바와 관련된 방출, 약 10⁷ M⊙의 거대 분자 집합체(GMAs)를 포함한 해상도가 높은 분자 나선 팔을 드러내며, 총 분자 가스 질량은 3.9 × 10⁹ M⊙로, HI 질량과 유사하며 H₂와 HI는 소규모 덩어리화까지 포함된 유사한 공간 분포를 보인다.

ABSTRACT

We present CO(1-0) and CO(2-1) Swedish-ESO Submillimetre Telescope (SEST) observations of the barred spiral galaxy M83 (NGC5236). The maps cover the entire optical disk. The CO emission is strongly peaked toward the nucleus, which breaks up into two separate components in the CO(2-1) data due to the higher spatial resolution. Emission from the bar is strong, in particular on the leading edges of the bar. The molecular gas arms are clearly resolved and can be traced for more than 360\degr . Emission in the inter-arm regions is detected. The average CO CO(2-1)/CO(1-0) line ratio is 0.77. The ratio is lower than this on the spiral arms and higher in the inter-arm regions. The arms show regularly spaced concentrations of molecular gas, Giant Molecular Associations (GMA's), whose masses are of the order 10^7 Msun. The total molecular gas mass is estimated to be 3.9*10^9 Msun. This mass is comparable to the total HI mass, but H_2 dominates in the optical disk. In the disk, H_2 and HI show very similar distributions, including small scale clumping. We compare the molecular gas distribution with those of other star formation tracers, such as B and H_alpha images.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 CO 선 관측을 통해 나선형 뱀모양의 은하 M83의 분자 가스 공간 분포를 맵핑하기.
• 나선 구조와 바와 관련된 분자 가스의 형태 및 운동학적 특성 조사하기.
• 총 분자 가스 질량을 추정하고 원자 수소(HI)와의 분포 상대적 관계 평가하기.
• 가스 조건(밀도 및 온도 포함)을 추론하기 위해 CO(2–1)/(1–0) 선비율 분석하기.
• 분자 가스 분포가 B-대역 및 Hα 방출과 같은 항성 형성 추적자와 어떻게 관련되어 있는지 비교 분석하기.

제안 방법

• CO(1–0) 및 CO(2–1)에 대해 각각 11″ 및 7″–11″ 해상도로 스웨덴-ESO 밀리미터파 망원경(SEST)을 사용해 관측을 수행하였으며, 10′ × 10′ 영역을 커버하였다.
• CO(1–0)에 대해 1,900개 위치, CO(2–1)에 대해 2,574개 위치에서 스펙트럼을 확보하여 공간 및 스펙트럼 분석에 상세한 분석이 가능하도록 하였다.
• 공간 해상도 복원을 위해 탈컨볼루션 기법(MEM)을 적용한 후, 200″ 가우시안 컨볼루션 모델을 사용해 오차 빔 보정을 실시하였다.
• 오차 빔 효율은 CO(2–1) 스펙트럼의 확장된 꼬리 부분을 컨볼루션된 데이터 큐브와 비교하여 0.27 ± 0.11로 추정하였다.
• 가스 질량 추정을 위해 속도 통합 CO 선 강도를 사용하였으며, 표준 X_CO 요인을 가정하였다.
• 디스크 전역에서의 흥(excitation) 조건 평가를 위해 각 빔 위치에서 CO(2–1)/(1–0) 선비율을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M83의 광학적 디스크 전반에서 분자 가스는 바 및 나선 팔과 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ2 M83의 총 분자 가스 질량은 얼마이며, 원자 가스 질량과 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 CO(2–1)/(1–0) 선비율은 다양한 지역에서 어떻게 변화하며, 이는 가스 흥 조건에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 예를 들어 거대 분자 집합체(GMAs)와 같은 분명한 분자 가스 농도가 존재하는가? 그들의 일반적인 질량은 얼마인가?
• RQ5 분자 가스 분포는 B-대역 및 Hα 방출과 같은 항성 형성 추적자와 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 분자 가스는 핵부위로 강하게 뭉쳐져 있으며, CO(2–1) 데이터는 더 높은 공간 해상도 덕분에 두 개의 구성 요소로 분리됨을 확인하였다.
• 바의 앞면(선도면)을 따라 방출이 가장 강력하여, 바에 의해 유도된 충격에 의한 가스 농도 증가가 확인되었다.
• 분자 나선 팔은 명확하게 해상도가 확보되었으며, 360° 이상을 따라 뻗어 있으며, 약 10⁷ M⊙ 질량의 규칙적으로 분포된 거대 분자 집합체(GMAs)를 추적한다.
• CO(2–1)/(1–0) 선비율의 평균은 0.77이며, 나선 팔에서는 낮고 간성 영역에서는 높아, 다양한 흥 조건이 존재함을 시사한다.
• 총 분자 가스 질량은 약 3.9 × 10⁹ M⊙로 추정되었으며, 총 HI 질량과 유사하며, H₂와 HI는 소규모 덩어리화까지 포함된 매우 유사한 공간 분포를 보였다.
• 분자 가스 분포는 B-대역 및 Hα 방출과 같은 항성 형성 추적자와 잘 일치하며, 분자 가스와 활발한 항성 형성 간의 연관성을 뒷받침한다.