[論文レビュー] The hidden heart of the luminous infrared galaxy IC 860 I. A molecular inflow feeding opaque, extreme nuclear activity

S. Aalto, S. Müller+20 more|Data Archiving and Networked Services (DANS)|May 17, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 59被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、高解像度のALMAおよびVLA観測を用いて、明るい赤外銀河IC 860の遮蔽され、極めて活発な核源に栄養を与える密な分子流入を明らかにした。核部には、コンパクトで不透明なダスト連続スペクトル（T_B > 160 K、r ≈ 8 pc、T_d ≈ 280 K、N(H₂) > 10²⁶ cm⁻²）が存在し、100 km s⁻¹の核内速度勾配の兆候も示している。HCN-VIB線は流入（v_in < 50 km s⁻¹）と、隠れた遅い密な噴出を示しており、急速に進化するガス豊富な核における初期段階のフィードバックの兆候である。

ABSTRACT

High-resolution (0."03 - 0."09) (9 - 26 pc)) ALMA (100 - 350 GHz (3 - 0.8 mm)) and VLA 45 GHz measurements have been used to image continuum and spectral line emission from the inner region of the nearby infrared luminous galaxy IC 860. We detect compact (r=8-10 pc), luminous, mm continuum emission in the core of IC 860, with brightness temperatures $T_{ m B}&gt;$ 280 K. The 45 GHz continuum is equally compact, but fainter in flux. We suggest that the 3 to 0.8 mm continuum is opaque at mm-wavelengths, implying a very large H$_2$ column density $N$(H$_2$) of 1e26 cm-2, and that it emerges from hot dust with temperature $T_{ m d} \sim 280$ K. Vibrationally excited lines of HCN $ν_2$=1f J=4-3 and 3-2 (HCN-VIB) are seen in emission and resolved on scales of 40-50 pc. The HCN-VIB emission reveals a north-south nuclear velocity gradient with projected rotation velocities of v=100 kms$^{-1}$ at r=10 pc. The brightest HCN-VIB emission is oriented perpendicular to the velocity gradient. Ground state lines of HCN 3-2, 4-3, HC$^{15}$N 4-3, HCO$^+$ 3-2, 4-3 and CS 7-6, show complex line absorption and emission features. HCN and HCO$^+$ have red-shifted, reversed P-Cygni profiles consistent with gas inflows of $\sim$50 kms$^{-1}$. The absorption features can be traced from the north-east into the nucleus. In contrast, CS 7-6 shows blue-shifted line wings extending to -180 kms$^{-1}$. We suggest that a dense and slow outflow is hidden behind a foreground layer of inflowing gas. It appears that the centre of IC 860 is in a phase of rapid evolution where an inflow is building up the nuclear column density of gas. A slow, dense outflow may be signalling the onset of feedback. The inner, r=10 pc, IR luminosity can be powered by an accreting black hole and/or a compact starburst with a top-heavy initial mass function.

研究の動機と目的

• 遮蔽され、極めて活発な核活動を示す、明るい赤外銀河IC 860の性質を調査すること。
• 核部にみられるコンパクトで明るいミリ波連続スペクトルの起源と運動学的性質を特定すること。
• 高スペクトル・空間分解能を有するスペクトルラインデータを用いて、分子ガスの流入および噴出の存在と構造を調査すること。
• 高いダスト密度に起因する高いガス柱密度の下で、核の放射エネルギーの主な寄与源（AGNか星形成活動か）を評価すること。
• 深く埋もれたが急速に進化する核領域におけるフィードバックプロセスの始まりを理解すること。

提案手法

• IC 860の内側100 pcにおけるミリ波連続スペクトルおよびスペクトルライン放射を、100–350 GHz（3–0.8 mm）の高解像度（0.03–0.09 arcsec）ALMA観測により画像化すること。
• 電波望遠鏡VLAを用いた45 GHz連続スペクトル観測を併用し、電波長領域での比較を行い、放射メカニズムを評価すること。
• HCN（ν₂ = 1f）の振動励起状態J=4–3および3–2線、およびHCN、HCO⁺、CS、HC¹⁵Nの基底状態線のスペクトル線解析により、ガスの運動学的性質と光学的厚さの効果を追跡すること。
• 標準的なダスト対ガス比（1/100）を仮定した単一温度で滑らかなダスト分布を想定し、輝度温度とフラックス密度からダスト温度および柱密度を推定すること。
• HCN-VIB線の運動学的モデリングにより、ディスクの傾きを仮定したもとで回転速度と動的質量（r = 10 pcでM_dyn ≈ 9×10⁷ M⊙）を推定すること。
• P-Cygniおよびブルーシフトラインプロファイルの解釈により、流入および噴出成分を推定し、光学的厚さおよび線の飽和効果に注意を払うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IC 860の核部にみられるコンパクトで明るいミリ波連続スペクトルの起源は何か？
• RQ2 IC 860の内側100 pcにおける分子ガスの運動学的構造と質量分布はどのようなものか？
• RQ3 中心天体に栄養を与える分子流入の証拠はあるか？その速度およびガス柱密度は？
• RQ4 観測されたラインプロファイル（P-Cygni、ブルーシフトウェイド）の性質は、噴出の存在をどのように制限するか？
• RQ5 遮蔽された核において、主なエネルギー源（AGNか星形成活動か）は何か？これは初期質量関数にどのような含意をもたらすか？

主な発見

• 核部に、輝度温度T_B > 160 Kのコンパクトで明るい3–0.8 mm連続スペクトル源が検出され、半径r ≈ 8 pcにおける高温のダスト（T_d ≈ 280 K）に一致する。
• ミリ波領域においてダストは光学的厚さとなっており、H₂のガス柱密度N(H₂) > 10²⁶ cm⁻²に相当する。
• 振動励起状態HCN（ν₂ = 1f）J=4–3および3–2線は、中心に向かって線対連続スペクトル比が低下するため、リング状の構造を示しており、高い光学的厚さと励起温度・連続スペクトル温度の一致を示している。
• 北–南方向の核内速度勾配が観測され、r = 10 pcにおける投影回転速度はv ≈ 100 km s⁻¹であり、HCN-VIB 3–2線のピーク輝度温度は連続スペクトルに対して115 K上回っている。
• HCNおよびHCO⁺線における逆P-Cygniプロファイルは、v_in < 50 km s⁻¹の密で遅い流入を示しており、北東部から核部へと延びている。
• CS 7–6線のブルーシフトウェイドが-180 km s⁻¹まで延びており、前方に流入ガスの層がある中で、隠れた密で遅い噴出が存在することを示唆しており、フィードバックの始まりを示す可能性がある。