[论文解读] Anatomy of the Sagittarius A complex: IV. Sgr A* and the Central Cavity revisi- ted

R. Zylka, P. G. Mezger+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 1994

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 3

一句话总结

本研究利用JCMT在800、600和450 µm波段获取了Sgr A*及其周围区域的亚毫米波图像，测得通量密度，并构建了时间平均射电谱，其峰值位于~600 GHz，且在10⁴ GHz以上迅速下降。该谱表明存在约3 M☉的50 K尘埃及其关联的氢气，中心区域呈平底状空腔，尘埃发射变化与极小螺旋臂东北区域中200 M☉的原子氢‘舌头’结构一致。

ABSTRACT

We present submm images of Sgr A* and its surroundings obtained at 800, 600 and 450 $\mu$m with the JCMT and derive flux densities of Sgr A* at all three wave- lengths. Combined with upper limits by Gezari and associates at MIR wavelengths a time averaged radio spectrum is obtained which increases $\propto u^{1/3}$, attains a maximum at $ u_max \ga 600 GHz$ and must decrease rapidly at fre- quencies $\ga 10^4$GHz. This spectrum allows for about $3 M}_\odot$ of 50K dust and associated hydrogen in the telescope beam. While variations on time-scales of a few months are now well established for the frequency range $ u \la 100 GHz$, our investigation of variability at higher frequencies still yields only marginal results. The Circum-Nuclear Disk (CND) extends over the central 12 pc. At the galactocentric radius $R \sim 1 pc$ dust and hydrogen column densities drop to low values and form the Central Cavity. Our submm images show that the bottom of this cavity is rather flat. Variations in the dust emission are just consistent with the detection of a `Tongue' of $\sim 200 M_\odot$ of atomic hydrogen reported by Jackson et al. (1993) to be located between the Northern and the Eastern Arm of the Minispiral. We present a revised submm/IR spectrum of the central $30\arcsec$ (R$\la 0.6 pc$) with flux densities corrected for an interstellar extinction of $A_v \sim 31 mag$. This spectrum attains its maximum at $\lambda \sim 20 \mu m$ and comes from dust with temperatures $\sim 170 - 400 K$ which is associated with the Eastern Arm and the East-West Bar. The in- tegrated luminosity is $\sim 5 10^6 L_\odot$ to which emission at $\lambda \la 30 \mu m$ contributes $\sim 80\%$. Heating of this dust is not provided by a central source but rather by a cluster of hot ($T eff \sim 3 - 3.5 10^4 K$) and luminous stars which could include the He{\sc i}/H{\sc i}-stars detected by

研究动机与目标

• 表征Sgr A*复合体在亚毫米波与红外波段的辐射，以理解银河系中心尘埃与气体的分布及性质。
• 确定Sgr A*在射电至亚毫米波段的时间平均能量分布函数，包括中红外上限的约束。
• 研究中心空腔与环核盘面（CND）的结构与物理条件，尤其在半径~1 pc处。
• 评估中心区域尘埃加热的起源，特别是东臂与东-西杆区域，评估恒星种群的作用。
• 检查亚毫米波段的变异性，并评估其与200 M☉原子氢结构（‘舌头’）存在的相关性。

提出的方法

• 利用詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）获取800、600和450 µm波段的高分辨率亚毫米波图像。
• 在三个波长下测定Sgr A*的通量密度，以构建时间平均射电谱。
• 结合Gezari等人提供的中红外上限数据，约束从射电至红外波段的完整能量分布函数。
• 对通量密度进行星际消光修正（A_V ~ 31 mag），以获得中心30角秒内（R < 0.6 pc）的本征亚毫米波/红外谱。
• 基于谱模型化尘埃温度分布与亮度，识别来自东臂与东-西杆的发射成分。
• 分析100 GHz以下频段的月 timescale 变异性，以及在更高频段的边缘检测到的变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在银河系中心，尤其在半径~1 pc处，中心空腔的形状与物理结构如何？
• RQ2 Sgr A*从射电至亚毫米波段的时间平均能量分布函数是什么？其对尘埃与关联气体的质量和温度有何含义？
• RQ3 亚毫米波段的变异性如何与Jackson等人（1993年）识别出的200 M☉原子氢‘舌头’结构相关？
• RQ4 在中心0.6 pc区域内，尘埃加热的起源是什么，特别是在东臂与东-西杆区域？是否与恒星辐射一致？
• RQ5 亚毫米波与中红外数据对中心空腔的总亮度与尘埃温度分布施加了哪些约束？

主要发现

• Sgr A*的时间平均射电谱随ν^(1/3)上升，在ν_max ≥ 600 GHz处达到峰值，并在10⁴ GHz以上迅速下降，表明存在谱转折与高频滚降。
• 该谱表明存在约3 M☉的尘埃（温度约50 K）及其关联的氢气，位于望远镜波束内，与一个紧凑而温暖的尘埃储库一致。
• 中心空腔从CND处R ~ 12 pc向内延伸，至R ~ 1 pc处呈现平坦底部，尘埃与氢气柱密度较低。
• 亚毫米波图像显示，尘埃发射的变化与位于极小螺旋臂北侧与东侧之间的200 M☉原子氢结构（‘舌头’）的存在具有边缘一致性。
• 对中心30角秒（R < 0.6 pc）区域的修订亚毫米波/红外谱在λ ~ 20 µm处达到峰值，主要由温度为170–400 K的尘埃主导，主要与东臂及东-西杆相关。
• 中心区域的积分亮度约为5 × 10⁶ L☉，其中约80%来自λ < 30 µm的辐射，加热机制归因于一个高温、高亮度恒星集群（T_eff ~ 3–3.5 × 10⁴ K），而非中心源。