[論文レビュー] The Galaxy Activity, Torus and Outflow Survey (GATOS) I. ALMA images of dusty molecular tori in Seyfert galaxies

S. García‐Burillo, A. Alonso‐Herrero+33 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 237被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、10個の近傍セイファート銀河における、初めての高解像度ALMA観測を報告し、その結果、降着円盤がAGNの噴流軸に対して垂直に配置されており、中央部の平均サイズは約42 pc、質量は約6×10⁵ M☉であることが明らかになった。結果から、X線吸収の吸収列密度と分子ガス列密度の強い相関が示され、降着円盤がX線遮蔽の主な要因であることが示唆され、高光度セイファート銀河におけるAGNフィードバックと核部ガス欠損、噴流の関連性が裏付けられた。

ABSTRACT

We present the first results of the Galaxy Activity, Torus and Outflow Survey (GATOS), a project aimed at understanding the properties of the dusty molecular tori and their connection to the host galaxy in nearby Seyfert galaxies. Our project expands the range of AGN luminosities and Eddington ratios covered by previous surveys of Seyferts conducted by ALMA and allows us to study the gas feeding and feedback cycle in a combined sample of 19 Seyferts. We used ALMA to obtain new images of the emission of molecular gas and dust using the CO(3-2) and HCO+(4-3) lines as well as their underlying continuum emission at 870 microns with high spatial resolutions (0.1'' ~ 7 - 13 pc) in the CND of 10 nearby (D < 28 Mpc) Seyfert galaxies. Our new ALMA observations detect 870 micron continuum and CO line emission from spatially resolved disks located around the AGN in all the sources. The bulk of the continuum flux can be accounted for by thermal emission from dust in the majority of the targets. For most of the sources the disks show a preponderant orientation perpendicular to the AGN wind axes, as expected for dusty molecular tori. The median diameters and molecular gas masses of the tori are ~ 42 pc, and ~ 6 x 10**5 Msun, respectively. We find a positive correlation between the line-of-sight gas column densities responsible for the absorption of X-rays and the molecular gas column densities derived from CO towards the AGN in our sources. The radial distributions of molecular gas in the CND of our combined sample show signs of nuclear-scale molecular gas deficits. We also detect molecular outflows in the sources that show the most extreme nuclear-scale gas deficits in our sample. These observations find for the first time supporting evidence that the imprint of AGN feedback is more extreme in higher luminosity and/or higher Eddington ratio Seyfert galaxies.

研究の動機と目的

• 高解像度ALMA観測を用いて、近傍セイファート銀河におけるほこりを含む分子円盤の構造と方位を調査すること。
• 円盤内の分子ガス列密度とX線吸収列密度の関係を特定し、円盤がAGN遮蔽に果たす役割を検証すること。
• セイファート銀河の円周核ディスクにおけるAGNフィードバック、核部ガス欠損、分子噴流の関係を調査すること。
• 従来のALMA観測でカバーされたAGNの光度とエディントン比の動的範囲を拡大すること。
• 大規模銀河ディスクと円盤のずれが、核スケールでのAGNフィードバック効率に与える影響を評価すること。

提案手法

• 10個の近傍セイファート銀河（D < 28 Mpc）に対して、870 μm連続スペクトルおよびCO(3–2)、HCO⁺(4–3)線の高空間分解能ALMA観測を実施した。
• データを用いて、円周核ディスク（CND）内の分子ガスおよびほこりの空間的分布、質量、運動学をマッピングした。
• ほこり連続スペクトルを冷たいほこりからの熱放射としてモデル化し、円盤の質量とサイズを推定した。
• X線吸収列密度とCO線発光から導かれた分子ガス列密度を比較し、遮蔽機構を評価した。
• 核スケールの分子ガス表面密度プロファイルを分析し、核部ガス欠損を検出した。
• COおよびHCO⁺線の線形対称性のずれや高スペード成分を用いて、噴流の兆候を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近傍セイファート銀河におけるほこりを含む分子円盤の空間的構造と方位は何か。また、AGNの噴流軸とどのように整列しているか。
• RQ2 円盤内の分子ガス列密度が、セイファート銀河で観測されたX線遮蔽にどの程度寄与しているか。
• RQ3 核部ガス欠損の程度と、円周核領域における分子噴流の存在との間に相関があるか。
• RQ4 円盤の物理的性質（サイズ、質量、密度構造）は、異なるAGN光度およびエディントン比の間でどのように変化するか。
• RQ5 円盤と大規模銀河ディスクとのずれが、核スケールでのAGNフィードバックの効率に果たす役割は何か。

主な発見

• 観測された10個のセイファート銀河すべてで、円周核ディスクからの870 μm連続スペクトルおよびCO線発光が空間的に分解可能であり、ほこりを含む分子円盤の存在が確認された。
• 円盤の中央部の平均直径は約42 pc、平均分子ガス質量は約6×10⁵ M☉であり、高解像度（約0.1 arcsec、すなわち7–13 pc）で測定された。
• 円盤は主にAGN風の軸に対して垂直に配置されており、AGN遮蔽の標準統一モデルと整合的である。
• X線吸収列密度とCOから導かれた分子ガス列密度の間には強い正の相関が認められ、両者の中央値も類似しており、円盤がX線遮蔽の主な要因であると示唆された。
• 最も極端なガス力学を示す対象で核スケールの分子ガス欠損が検出され、同様のシステムで分子噴流が観測されたことから、フィードバックとガス欠損の関連性が裏付けられた。
• CO/HCO⁺線の比率はサンプル全体で数個のオーダーの違いを示し、円盤内に顕著な半径方向密度構造があることを示しており、内側領域で密度が高くなっている。