[论文解读] A low-luminosity type-1 QSO sample: IV. Molecular gas contents and conditions of star formation in three nearby Seyfert galaxies

L. Moser, Melanie Krips+9 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jul 4, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 142被引用 5

一句话总结

本研究基于低光度型1类类星体样本中的三个近邻赛克特星系，利用高分辨率亚毫米波阵列（Submillimeter Array）观测了低阶CO跃迁，揭示了分子气体质量为(0.7–8.7)×10⁹ M☉，中心区域存在动力学解耦的未分辨分子气体组分，且12CO(2–1)/13CO(2–1)线亮度比（R₂₁ ≳ 20）显著偏高，表明气体温度较高、湍流剧烈。研究结果表明，这些类似LIRG的赛克特星系含有强烈的核区恒星爆发，其CO-to-H₂质量转换因子需采用ULIRG类的值，以适应极端的气体激发与动力学条件。

ABSTRACT

We present a pilot study of ~ 3" resolution observations of low CO transitions with the Submillimeter Array in three nearby Seyfert galaxies, which are part of the low-luminosity quasi-stellar object (LLQSOs) sample consisting of 99 nearby (z = 0.06) type-1 active galactic nuclei (AGN) taken from the Hamburg/ESO quasi-stellar object (QSO) survey. Two sources were observed in 12CO(2-1) and 13CO(2-1) and the third in 12CO(3-2) and HCO+(4-3). None of the sources is detected in continuum emission. More than 80% of the 12CO detected molecular gas is concentrated within a diameter (FWHM) < 1.8 kpc. 13CO is tentatively detected, while HCO+ emission could not be detected. All three objects show indications of a kinematically decoupled central unresolved molecular gas component. The molecular gas masses of the three galaxies are in the range M_mol = (0.7 - 8.7) x 10^9 M_sun. We give lower limits for the dynamical masses of M_dyn > 1.5 x 10^9 M_sun and for the dust masses of M_dust > 1.6 x 10^6 M_sun. The R21 =12CO/13CO(2-1) line luminosity ratios show Galactic values of R21 ~ 5 - 7 in the outskirts and R21 > 20 in the central region, similar to starbursts and (ultra)luminous infrared galaxies ((U)LIRGs; i.e. LIRGs and ULIRGs), implying higher temperatures and stronger turbulence. All three sources show indications of 12CO(2-1)/12CO(1-0) ratios of ~ 0.5, suggesting a cold or diffuse gas phase. Strikingly, the 12CO(3-2)/(1-0) ratio of ~ 1 also indicates a higher excited phase. Since these galaxies have high infrared luminosities of L_IR > 10^11 L_sun and seem to contain a circumnuclear starburst with minimum surface densities of gas and star formation rate (SFR) around Σ_mol = 50 - 550 M_sun pc^-2 and Σ_SFR = 1.1 - 3.1 M_sun kpc^-2 yr^-1, we conclude that the interstellar medium in the centers of these LIRG Seyferts is strongly affected by violent star formation and better ...

研究动机与目标

• 研究三个近邻低光度型1类类星体样本中具有赛克特活动的星系中心区域的分子气体含量及其激发条件。
• 利用高分辨率亚毫米波干涉测量技术，确定分子气体的空间分布与运动学特征。
• 评估气体激发条件对低光度AGN宿主星系中CO-to-H₂质量转换因子的影响。
• 评估这些星系的星际介质更符合银河系类还是ULIRG类的物理条件。

提出的方法

• 利用亚毫米波阵列（SMA）在约3″分辨率下对三个近邻赛克特星系的12CO(2–1)、13CO(2–1)、12CO(3–2)和HCO⁺(4–3)跃迁进行观测。
• 通过分析线亮度比R₂₁ = L′(12CO 2–1)/L′(13CO 2–1)推断气体温度、密度及激发条件。
• 基于标准CO-to-H₂质量转换因子，从积分线流量估算分子气体质量M_mol。
• 假设中心区域处于virial平衡状态，通过气体动力学分析估算动力学质量M_dyn。
• 基于连续谱辐射未检测到的下限，推导尘埃质量M_dust。
• 将观测到的CO线比（如12CO(2–1)/12CO(1–0) ≈ 0.5 和 12CO(3–2)/12CO(1–0) ≈ 1）与多相星际介质模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 这些低光度赛克特星系中心区域的分子气体质量及其空间分布如何？
• RQ2 通过CO线比追踪的分子气体激发条件，与银河系和ULIRGs相比有何异同？
• RQ3 环核区域的动力学质量与尘埃质量是多少？它们如何约束气体质量与恒星形成效率？
• RQ4 鉴于观测到的线比，这些星系中的CO-to-H₂质量转换因子更适用于银河系值还是ULIRG值？

主要发现

• 三者分子气体质量范围为(0.7–8.7)×10⁹ M☉，其中超过80%集中于直径小于1.8 kpc的区域内。
• 在所有三者中均检测到动力学解耦的、未分辨的中心分子气体组分，表明存在复杂的动力学结构。
• 12CO(2–1)/13CO(2–1)线亮度比R₂₁在外部区域约为5–7，在中心区域大于20，表明气体温度更高、湍流更剧烈，与ULIRGs类似。
• 12CO(2–1)/12CO(1–0)比值约为0.5，暗示存在冷或稀疏的气体相；而12CO(3–2)/12CO(1–0)比值约为1，表明存在高激发态气体组分。
• 动力学质量超过1.5×10⁹ M☉，尘埃质量大于1.6×10⁶ M☉，支持采用较低的CO-to-H₂质量转换因子。
• 观测到的激发特征表明，这些星系的星际介质最适宜用ULIRG类的CO-to-H₂质量转换因子来描述，原因在于中心区域存在高湍流与高温气体。