[论文解读] CI and CO in nearby galaxy centers: the bright galaxies NGC1068 (M77), NGC2146, NGC3079, NGC4826 (M64), and NGC7469

F. P. Israel|ArXiv.org|Nov 25, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 91被引用 40

一句话总结

本研究利用多跃迁CO、$^{13}$CO和[CI]谱线观测，调查了五颗邻近星系活跃核中心区域的分子气体——NGC 1068、NGC 2146、NGC 3079、NGC 4826和NGC 7469。研究揭示了每个星系中存在两种不同的气体成分，具有较高的动能温度（125–150 K）、高密度（0.3–1.0 × 10⁵ cm⁻³），以及比太阳邻域值小一个数量级的CO-to-H₂转换因子，表明在核心0.9–1.5 kpc范围内存在致密、温暖的分子气体，H₂质量为1.2–2.5 × 10⁸ M☉。

ABSTRACT

Maps and measurements of the J=1-0, J=2-1, J=3-2, J=4-3 12CO, the J=1-0, J=2-1, and J=3-2 13CO lines in the central arcminute squared of NGC1068, NGC2146, NGC3079, NGC4826, and NGC7469, as well as 492 GHz [CI] maps in three of these are used to model the circumnuclear molecular gas in these galaxies. In all five objects, the bright CO concentrations mapped have line intensities that require two distinct gas components for satisfactory fits. The physical condition of the molecular gas differs from galaxy to galaxy. High kinetic temperatures of 125-150 K occur in NGC2146 and NGC3079. Very high densities of 0.3-1.0 x 10**5 cm**-3 occur in NGC2146, NGC3079, and NGC7469. The CO to H2 conversion factor X is typically an order of magnitude less than the `standard' value in the Solar Neighborhood. The molecular gas is constrained within radii between 0.9 and 1.5 kpc from the nuclei. Within these radii, H2 masses are typically 1.2-2.5 x 10**8 M(sun). The exception is the (relatively nearby) merger NGC4826 with R=0.3 kpc, and M = 3 x 10**7 M(sun). In all five galaxies, the H2 mass is typically about one per cent of the dynamical mass in the same region.

研究动机与目标

• 确定邻近活跃星系核中心区域分子气体的物理条件和质量。
• 通过观测多个CO跃迁和同位素体，解决分子气体中温度与密度之间的歧义。
• 约束星系核区CO-to-H₂转换因子（X），这对于从CO辐射估算分子质量至关重要。
• 研究不同类型的活跃星系核（如赛弗特星系与星系并合系统）中分子气体性质的差异。
• 通过测量其空间范围和质量，评估分子气体在驱动星暴和中心黑洞吸积中的作用。

提出的方法

• 使用射电望远镜观测五颗星系中心1角分范围内的$^{12}$CO J=1–0、J=2–1、J=3–2和J=4–3跃迁。
• 同步测绘$^{13}$CO J=1–0、J=2–1和J=3–2谱线，以追踪光学薄CO并打破温度-密度歧义。
• 观测492 GHz [CI] $^{3}$P₁–$^{3}$P₀跃迁，以独立约束气体密度和H₂丰度。
• 使用辐射转移代码对谱线轮廓和空间发射图进行建模，推导分子气体的动能温度、密度和柱密度。
• 利用从观测谱线强度和建模物理条件得出的CO-to-H₂转换因子（X），估算H₂质量。
• 在核心0.9–1.5 kpc半径范围内对发射进行空间积分，以确定总分子气体质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 邻近活跃星系核中心区域的分子气体动能温度和密度是多少？
• RQ2 星系核区的CO-to-H₂转换因子（X）与太阳邻域的标准值相比如何？
• RQ3 在这些星系中心0.9–1.5 kpc范围内的分子气体（H₂）的空间范围和总质量是多少？
• RQ4 不同类型的活跃星系核（如赛弗特星系与并合系统）中分子气体的物理条件有何差异？
• RQ5 [CI]和$^{13}$CO谱线强度在多大程度上支持由$^{12}$CO数据推断出的双组分气体模型？

主要发现

• 所有五颗星系均表现出两种不同的分子气体成分，NGC 2146和NGC 3079中动能温度范围为125 K至150 K。
• NGC 2146、NGC 3079和NGC 7469中的分子气体密度高达0.3–1.0 × 10⁵ cm⁻³，表明存在致密、紧凑的云团。
• CO-to-H₂转换因子（X）通常比标准太阳邻域值小一个数量级，表明激发状态更高或激发条件不同。
• 分子气体被限制在核心0.9–1.5 kpc范围内，大多数情况下H₂质量为1.2–2.5 × 10⁸ M☉。
• 并合系统NGC 4826的半径较小（0.3 kpc），H₂质量也较低（3 × 10⁷ M☉），表明其分子气体储备更紧凑且质量更小。
• H₂质量通常约占同一区域内动力学质量的1%，表明分子气体对总质量预算有显著贡献，但并非主导。