[논문 리뷰] Warm ISM in the Sgr A Complex. I: Mid-J CO, atomic carbon, ionized atomic carbon,and ionized nitrogen sub-mm/FIR line observations with the Herschel-HIFI and NANTEN2/SMART telescopes

Pablo García, R. Simon외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 14.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 71인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 허셀-HIFI와 NANTEN2/SMART를 이용해 사순성-에이 복합체의 온기(25–90 K) 간성가스를 마이크로파 및 적외선선 방출을 통해 맵핑한다. CO(J=4–3), [C I], [C II], [N II], 그리고 이온화된 탄소의 선을 관측하였다. 넓은 영역에서 방출이 관측되었으며, +50 km s⁻¹ 구름는 사순성-에이 초신성 잔해와의 상호작용로 인해 원자탄소 선에서 달걀형 구조를 보이며, |VLSR| > 100 km s⁻¹의 고속가스는 X1 궤도와 연관되어 있어 복잡한 운동학과 외부 가스 유입을 시사한다.

ABSTRACT

We present large-scale submm observations towards the Sgr A Complex covering ~300 arcmin2. These data were obtained in the frame of the HEXGAL Program with the Herschel-HIFI satellite and are complemented with submm observations obtained with the NANTEN2/SMART telescope as part of the NANTEN2/SMART Central Nuclear Zone Survey. The observed species are CO(4-3) observed with the NANTEN2/SMART telescope, and [CI](1-0), [CI](2-1), [NII](1-0), and [CII](3/2-1/2) observed with the Herschel-HIFI satellite. The observations are presented in a 1 km/s spectral resolution and a spatial resolution ranging from 46" to 28". The spectral coverage of the three lower frequency lines is +-200 km/s, while in the two high frequency lines, the upper LSR velocity limit is +94 km/s and +145 km/s for the [NII] and [CII] lines, respectively. The spatial distribution of the emission in all lines is very widespread. The bulk of the CO emission is found towards Galactic latitudes below the Galactic plane, and all the known molecular clouds are identified. Both neutral atomic carbon lines have their brightest emission associated with the +50 km/s cloud. Their spatial distribution at this LSR velocity describes a crescent-shape structure, which is probably the result of interaction with the energetic event (one or several supernovae explosions) that gave origin to the non-thermal Sgr A-East source. The [CII] and [NII] emissions have most of their flux associated with the thermal Arched-Filaments and the H Region and bright spots in [CII] emission towards the Central Nuclear Disk (CND) are detected. Warm Gas at very high (|Vlsr| > 100 km/s) LSR velocities is also detected towards the line of sight to the Sgr A Complex, and it is most probably located outside the region, in the X1 orbits.

연구 동기 및 목표

• 은하 중심의 사순성-에이 복합체에서 온기(25–90 K) 간성가스의 공간적 및 스펙트럼적 분포를 맵핑하는 것.
• 고해상도 마이크로파 및 적외선선 방출을 이용해 분자 및 이온화된 가스의 물리적 조건과 운동학을 조사하는 것.
• 초신성 잔해(예: 사순성-에이 초신성 잔해)와 같은 에너지가 많은 현상과의 가스 구조 간의 상호작용을 규명하는 것.
• 외부 은하 영역으로부터의 유입 가능성을 시사하는 X1 궤도와 연관된 고속가스 성분을 추적하는 것.

제안 방법

• 약 300 arcmin²의 대규모 마이크로파 혼합 관측을 허셀-HIFI 및 NANTEN2/SMART 망원경을 이용해 수행하였다.
• 선 방출 측정: CO(4–3)는 461.0 GHz에서(NANTEN2/SMART), [C I] 3P1–3P0(492.2 GHz), [C I] 3P2–3P1(809.3 GHz), [N II] 3P1–3P0(1461.1 GHz), [C II] 2P3/2–2P1/2(1900.5 GHz)는 허셀-HIFI를 통해 측정하였다.
• 1 km s⁻¹의 스펙트럼 해상도와 28–46 arcsec의 공간 해상도를 사용하였으며, 저주파수 선의 경우 ±200 km s⁻¹의 스펙트럼 커버리지와 [N II] 및 [C II]의 제한된 최고 속도 범위를 확보하였다.
• 비커버리지 보정을 위해 [C I](1–0) 방출을 이용해 NANTEN2/SMART와 허셀-HIFI 간의 교차 보정을 수행하여 비커버리지 효과를 고려하였다.
• 채널 맵 및 통합 강도 맵을 제작하여 속도 해상도가 있는 방출 구조와 구름 간의 운동학적 연결성을 분석하였다.
• 특히 −5 km s⁻¹에서 나선다리의 흡수 특징을 식별하였으며, 중심 핵디스크(CND), 아치형 필라멘트, H 영역의 방출을 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사순성-에이 복합체 전역에서 온기 간성가스는 속도와 공간적으로 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ2 −50 km s⁻¹에서 관측된 [C I] 및 CO의 달걀형 방출의 기원과 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 고속가스(|VLSR| > 100 km s⁻¹)의 운동학은 X1 궤도와 은하 중심 잠재력과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 사순성-에이 초신성 잔해와의 상호작용은 +50 km s⁻¹ 구름의 형태를 어떻게 형성하는가?
• RQ5 −15 km s⁻¹와 +20 km s⁻¹ 구름 사이의 관측된 스트리머는 물리적으로 연결되어 있는가, 아니면 선로 상에서 나선다리 흡수로 인해 인위적으로 분리된 것인가?

주요 결과

• +50 km s⁻¹ 구름는 [C I]와 CO(4–3) 선에서 각각 약 +59 km s⁻¹와 +67 km s⁻¹에서 달걀형 형태를 보이며, 사순성-에이 초신성 잔해와의 상호작용을 시사한다.
• 이온화된 탄소([C II]) 방출은 +50 km s⁻¹ 구름의 볼록면에 밝고 확장된 띠를 형성하며, 약한 [N II] 대응선을 보이며, 강한 광이온화 또는 충격 여기를 시사한다.
• 중심 핵디스크(CND)의 방출은 [N II]를 제외한 모든 선에서 −150 km s⁻¹에서 +150 km s⁻¹까지 확장된 속도 구조를 보이며, 복잡하고 난류적인 가스 역학을 나타낸다.
• CND 근처 약 −63 km s⁻¹에 위치한 세 개의 방출 점—북쪽에 두 개, 남쪽에 하나—은 서로 다른 강도를 보이며, 고속가스 내에서 물리적 조건의 다양성을 시사한다.
• |VLSR| > 100 km s⁻¹의 고속가스는 CO(4–3) 및 [C I] 선에서 관측되었으며, X1 궤도와 연관되어 있어 외부 은하 영역으로부터의 유입 가능성을 시사한다.
• −15 km s⁻¹와 +20 km s⁻¹ 구름 사이의 −11 km s⁻¹ 및 +8 km s⁻¹에서 관측된 스트리머는 단일 연속 구조가 파손된 것으로 보이며, 선로 상에서 나선다리 흡수로 인한 것으로 추정된다.