[论文解读] An investigation of the circumgalactic medium around z~2.2 AGN with ACA and ALMA

G. C. Jones, R. Maiolino+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2023

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用深度ALMA和ACA观测，调查了三个红移z~2.2的活动星系核（AGN）的星系晕中（CGM）的分子气体。研究发现CO(3-2)发射延伸至~10–50 kpc，与CGM储层比星系本身大约10倍一致，但未发现超过~20 kpc的大量分子晕的证据，挑战了此前关于200 kpc尺度晕的宣称。在>500 kpc尺度上发现的~2σ负连续谱信号可能源于AGN加热晕的萨哈罗夫-泽利多维奇效应，暗示存在AGN反馈的直接证据。

ABSTRACT

While observations of molecular gas at cosmic noon and beyond have focused on the gas within galaxies (i.e., the interstellar medium; ISM), it is also crucial to study the molecular gas reservoirs surrounding each galaxy (i.e., in the circumgalactic medium; CGM). Recent observations of galaxies and quasars hosts at high redshift (z>2) have revealed evidence for cold gaseous halos of scale r_CGM~10kpc, with one discovery of a molecular halo with r_CGM~200kpc and a molecular gas mass one order of magnitude larger than the ISM of the central galaxy. As a follow-up, we present deep ACA and ALMA observations of CO(3-2) from this source and two other quasar host galaxies at z~2.2. While we find evidence for CO emission on scales of r~10kpc, we do not find evidence for molecular gas on scales larger than r>20 kpc. Therefore, our deep data do not confirm the existence of massive molecular halos on scales of ~100 kpc for these X-ray selected quasars. As an interesting by-product of our deep observations, we obtain the tentative detection of a negative continuum signal on scales larger than r>200kpc, which might be tracing the Sunyaev-Zeldovich effect associated with the halo heated by the active galactic nucleus (AGN). If confirmed with deeper data, this could be direct evidence of the preventive AGN feedback process expected by cosmological simulations.

研究动机与目标

• 调查高红移AGN（z~2.2）周围星系晕（CGM）中分子气体的存在与分布。
• 检验此前在某些高红移类星体中报告的约100 kpc尺度上存在大质量分子晕的假设。
• 确定干涉测量滤波是否影响了先前对CGM中扩展CO发射的检测。
• 通过热萨哈罗夫-泽利多维奇效应（S-Z）在热CGM中寻找AGN反馈的间接证据。

提出的方法

• 对三个X射线选中的z~2.2类星体进行了深度CO(3-2)线观测，使用阿塔卡马紧凑孔径阵列（ACA）和ALMA。
• 将ACA与ALMA数据结合，以恢复小尺度（由ALMA分辨）和大尺度（由ACA分辨）的发射。
• 分析可见度数据和径向表面亮度轮廓，以检测仅靠ALMA单独分辨率无法识别的扩展CO发射。
• 将所有三个源的连续谱可见度数据叠加，以搜索大尺度负连续谱信号，该信号可指示热萨哈罗夫-泽利多维奇效应。
• 利用ALMA的高灵敏度检测紧凑和扩展的CO成分，通过比较不同仪器的流量密度评估缺失通量。
• 评估CO发射与双组分模型的一致性：一个紧凑的星系际介质（ISM）组分（r < 1–2 kpc）和一个更扩展的CGM组分（r ~ 10–50 kpc）。

Figure 1 : Continuum images ( $\lambda_{\mathrm{rest}}\sim 870\,\mu m$ ) for each galaxy. Contours are displayed at significance levels of $\pm(2,3,4\ldots)\times\sigma$ , where $1\sigma$ is the RMS noise level of the image. The top row shows ACA data (left to right: $1\sigma=[60,50,60]\,\mu$ Jy bea

实验结果

研究问题

• RQ1 在z~2.2 AGN的CGM中是否存在延伸至~100–200 kpc的大质量分子晕，如先前报告所示？
• RQ2 这些AGN的CGM中扩展的CO(3-2)发射是否能被ACA和ALMA探测到，还是因干涉测量分辨率而被滤除？
• RQ3 在>500 kpc尺度上发现的暂定负连续谱信号是否可解释为AGN加热晕的热萨哈罗夫-泽利多维奇效应？
• RQ4 高红移AGN的CGM中分子气体的空间范围和形态如何？与中心星系的ISM相比有何不同？
• RQ5 是否可通过高红移类星体中S-Z效应检测到AGN反馈通过晕加热实现的机制？

主要发现

• 在两个源（CID_346和X_N_44_64）中通过ACA检测到CO(3-2)发射，三个源均通过ALMA检测到，表明干涉测量滤波未造成显著通量损失。
• ACA数据中的CO发射在<40–50 kpc尺度上与未分辨一致，表明在~50 kpc以外无大尺度分子气体组分。
• ALMA数据揭示了一个紧凑组分（r < 1–2 kpc）和一个微弱的扩展组分（r ~ 10–50 kpc），证实CGM储层比ISM大了约10倍。
• 未发现>20 kpc尺度上的分子气体证据，与先前在类似AGN中报告的200 kpc尺度分子晕相矛盾。
• 在>500 kpc尺度上检测到一个暂定的~2σ负连续谱信号，与AGN加热晕的热萨哈罗夫-泽利多维奇效应一致。
• 若该S-Z信号得到证实，将为AGN反馈通过晕加热提供直接观测证据，这是抑制星系演化的一个关键机制。

Figure 2 : Radial profile of the real part of the stacked observed continuum visibilities from ACA data, including only channels without line emission (maroon points). Top: The results of fitting three models are shown: a single Gaussian (brown line), a constant value (light blue line), and an offse