[論文レビュー] Young radio jets breaking free: molecular and HI outflows in their centers

R. Morganti, Tom Oosterloo+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、活発なAGNにおける若年および再発動した電波ジェットが、宿主銀河内の分子状および中性水素（H I）ガスの質量的外流をどのように駆動するかを調査する。高解像度のVLBIおよびALMA観測を用いて、不連続な媒体におけるジェット-ISM相互作用が構造的で高速な外流を生じることを示し、シミュレーションにより、低出力ジェットでさえも初期発達段階において特に顕著にガスを再分配することが確認された。

ABSTRACT

Our view of the central regions of AGN has been enriched by the discovery of fast and massive outflows of HI and molecular gas. Here we present a brief summary of results obtained for young (and restarted) radio AGN. We find that HI outflows tend to be particularly common in this group of objects. This supports the idea that the jet, expanding in a clumpy medium, plays a major role in driving these outflows. The clumpiness of the medium is confirmed by VLBI and ALMA observations. The HI observations reveal that, at least part of the gas, is distributed in clouds with sizes up to a few tens of pc and mass ~10^4 Msun. A change of the conditions in the outflow, with an increasing fraction of diffuse components, as the radio jets grow, is suggested by the high resolution HI observations. The molecular gas completes the picture, showing that the radio plasma jet can couple well with the ISM, strongly affecting the kinematics, but also the physical conditions of the molecular gas. This is confirmed by numerical simulations reproducing, to first order, the kinematics of the gas.

研究の動機と目的

• 若年および再発動した電波ジェットがAGN宿主銀河内の冷たい中性（H I）および分子ガスの外流をどのように駆動するかを理解すること。
• ISMの不連続性がジェット-ISM相互作用および外流の形態に与える影響を調査すること。
• しばしば「電波静穏」と分類される低出力電波ジェットが、周囲のISMに依然として顕著な影響を与えるかどうかを特定すること。
• H Iおよび分子ガスの高解像度観測を数値的シミュレーションと比較し、フィードバックモデルの妥当性を検証すること。
• 電波ジェットが大きさと年齢を増すに従い、外流構造が「コンパクトで不連続な雲」から「より拡散した成分」へと進化する様子を追跡すること。

提案手法

• 248個の電波銀河を対象にパイロット的H I吸収調査を実施し、高速H I外流を検出する。
• 非常に長基線干渉計測定（VLBI）を用いて、H I吸収を<100 pcの解像度でマッピングし、個々の外流する雲を解像する。
• 若年電波AGNにおけるCO遷移（例：CO(1-0)、CO(2-1)、CO(3-2)）をALMAで観測し、分子ガスの運動学的特性および物理的状態を追跡する。
• VLBIおよびALMAデータからの位置-速度図を分析し、電波ジェットと空間的に一致する外流ガス成分を同定する。
• VLBIおよびALMAで得られた外流特性（質量、速度、密度、温度）を、不連続なISMにおけるジェットの3次元流体力学的シミュレーションの予測と比較する。
• 線幅比診断（例：CO(3-2)/CO(1-0)）を用いて、外流する分子ガスの光学的厚さ、密度、圧力を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若年および再発動した電波AGNにおいて、H Iおよび分子外流はどれほど一般的か？
• RQ2 ISMの不連続性が、ジェット駆動外流を強化し、その運動学的構造をどのように形作るか？
• RQ3 電波ジェットが時間とともに拡大するに従い、H I外流の形態および質量分布はどのように変化するか？
• RQ4 低出力電波ジェット（L_1.4GHz < 10^24.5 W Hz^-1）が、ISMに顕著なフィードバックを引き起こす程度はどの程度か？
• RQ5 ジェット-ISM相互作用の数値的シミュレーションは、観測されたガスの運動学的特性および物理的状態をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 少なくとも5%の電波銀河で、500–1000 km s⁻¹の速度を示すH I外流が検出された。若年および再発動源では検出率がより高い。
• VLBI観測により、H I外流が約10⁴ M☉の質量と40 pc未満のサイズを持つコンパクトな雲に分解され、4C 12.50や4C 52.37のような若年源における不連続なISMを確認した。
• 3C 236では、VLBIでH I外流が空間的に分解されたが、完全には回復されず、より進化した源では拡散ガスの割合が増加している可能性を示唆した。
• IC 5063では、ALMAが分子外流を明らかにした。質量外流率は約10 M☉ yr⁻¹、運動温度は20–100 K、密度は10⁵–10⁶ cm⁻³であり、圧力は周囲の未乱れたガスと比べて2桁高い。
• IC 5063のCO線幅比は、外流ガスが光学的に薄く、極めて不連続であることを示しており、不連続媒体におけるジェット-ISM相互作用のシミュレーションと整合的である。
• シミュレーションは、IC 5063およびPKS 1549–79の観測された運動学的特性および線幅比を再現し、低出力ジェットでさえも内側kpc領域で強いフィードバックを引き起こせることを確認した。