[논문 리뷰] TANGO I: ISM in nearby radio galaxies. Molecular gas

B. Ocaña Flaquer, Stéphane Leon외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 27.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 IRAM-30m 망원경을 이용한 CO(1-0) 및 CO(2-1) 선 관측을 통해 근접한 라디오-강한 활성은하핵(AGN)에서 분자의 가스를 조사한다. 중간값 분자의 가스 질량이 $2.2\times10^8\,M_\odot$로 낮게 나타나며, FR-II 은하에서의 높은 질량은 Malmquist 편향으로 인한 것일 뿐이므로, 강력한 라디오 AGN이 활동을 유지하기 위해 큰 가스 저축이 필요하지 않다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Powerful radio-AGN are hosted by massive elliptical galaxies which are usually very poor in molecular gas. Nevertheless gas is needed in the very center to feed the nuclear activity. We aim to study the molecular gas properties (mass, kinematics, distribution, origin) in such objects, and to compare them with results of other known samples. We have performed at the IRAM-30m telescope a survey of the CO(1-0) and CO(2-1) emission in the most powerful radio galaxies of the Local Universe, selected only on the basis of their radio continuum fluxes. The main result of our survey is the very low content in molecular gas of such galaxies compared to spiral or FIR-selected galaxies. The median value of the molecular gas mass, including detections and upper limits, is 2.2x10^8 Msun. If separated into FR-I and FR-II types, a difference in H_2 masses between them is found. The median value of FR-I galaxies is about 1.9x10^8 and higher for FR-II galaxies, about 4.5x10^8 Msun but this is very probably entirely due to a Malmquist bias. Our results contrast with previous surveys, mainly selected through the FIR emission, implying larger observed masses of molecular gas. Moreover, the shape of CO spectra suggest the presence of a central molecular gas disk in 30% of these radio galaxies, a lower rate than in other active galaxy samples.

연구 동기 및 목표

• FIR나 옵티컬 선택과 무관하게 라디오 연속분광 밝기로만 선별된 근접한 라디오 은하에서 분자의 가스 함량을 측정하기 위해.
• 이 시스템들, 특히 AGN 연료 공급 메커니즘과 관련하여 분자의 가스의 운동학, 분포 및 기원을 조사하기 위해.
• FIR로 선택된 샘플과 결과를 비교하고 Malmquist 편향과 같은 선택 효과의 영향을 평가하기 위해.
• 강력한 라디오 AGN을 동력화하는 데 분자의 가스 디스크 또는 외부 수증기 공급 과정 중 어느 것이 주된지 결정하기 위해.
• 거대 타원은하에서 핵 활동을 연료 공급하는 데 별의 질량 손실과 외부 가스 공급의 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• IRAM-30m 망원경을 사용하여 z ≤ 0.1 인 52개의 근접한 라디오 은하에 대해 CO(1-0) 및 CO(2-1) 선 조사 수행.
• 기본 단일망원경 데이터 처리 기법을 적용하여 기저선 제거, 캘리브레이션, 빔 분해를 수행.
• 비틀림 보정 효과를 보정하기 위해 CO(2-1)/CO(1-0) 선 비율을 사용하여 광학 두께 및 흥분 조건을 추론.
• 일관된 X-팩터를 가정하여 표준 $\alpha_{CO}$ 변환 인자로 분자의 가스 질량을 추정.
• 라디오 형태에 따라 FR-I 및 FR-II 유형으로 소스를 분류하고 가스 성질을 비교.
• 별의 질량 손실 가설을 테스트하기 위해 분자의 가스 질량과 파란 빛 빛도 간의 상관관계 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라디오 연속분광 방출으로만 선별된 라디오-AGN에서 분자의 가스 함량은 무엇이며, FIR로 선택된 샘플과 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ2 FR-I 및 FR-II 라디오 은하는 분자의 가스 질량에서 다름이 있으며, 그 차이는 선택 편향 때문인가?
• RQ3 이 라디오 은하들에 중심 분자의 가스 디스크가 존재하는 증거가 있으며, 그 운동학은 다른 AGN 샘플과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 별의 질량 손실만으로 이 타원은하들에서 관측된 분자의 가스 저축을 설명할 수 있는가?
• RQ5 외부 가스 공급(예: 소형 충돌, 우주론적 수증기 공급)이 강력한 라디오 AGN의 연료 공급에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 샘플의 중간값 분자의 가스 질량은 $2.2\times10^8\,M_\odot$이며, FIR로 선택된 샘플이나 ULIRG 샘플보다 유의미하게 낮다.
• FR-II 라디오 은하는 FR-I 라디오 은하보다 높은 중간값 분자의 가스 질량($4.5\times10^8\,M_\odot$ 대비 $1.9\times10^8\,M_\odot$)을 보이지만, 이 차이는 Malmquist 편향으로 인한 것이다.
• 이중뿔형 CO 선형형태—중심 분자의 디스크를 시사하는 것—는 샘플의 15%에서(감지된 경우 27%) 관측되었으며, PdBI 영상으로 3CR 31에서 확인되었다.
• 비보정된 CO(2-1)/CO(1-0) 선 비율은 2.3이지만, 보정을 거치면 약 0.6으로 떨어지며, 이는 광학 두꺼움 및 부분적으로 열적 이완된 CO 방출을 시사한다.
• 낮은 $f_{100}/f_{60}$ 적외선 원격비율은 일부 이른 시기의 은하에서 가능성이 있는 별 형성 활동을 시사하지만, 주된 활동은 아니다.
• 별의 질량 손실은 관측된 가스 저축을 설명할 수 없으며, 기대되는 가스 질량이 파란 빛 빛도와 상관관계가 없고, 냉각 시간이 우주의 연령을 초과하기 때문이다.