[论文解读] Deep ALMA imaging of the merger NGC1614 - Is CO tracing a massive inflow of non-starforming gas?

S. König, S. Aalto+5 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Mar 17, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 51被引用 13

一句话总结

深空ALMA观测揭示，在星系并合NGC1614中，12CO追踪了沿尘埃通道的大量、弥散、非恒星形成气体内流，而13CO发射峰位于尘埃通道与核周星暴环之间，表明气体被压缩且具有自引力特征。尘埃通道中极高的12CO/13CO线亮度比（>45）以及高O-16/O-18比值（≥900）表明，核区富集物质正被未处理的内流气体持续稀释，暗示通过小质量并合驱动的内流实现核区燃料供给的瞬态阶段。

ABSTRACT

Observations of the molecular gas over scales of 0.5 to several kpc provide crucial information on how gas moves through galaxies, especially in mergers and interacting systems, where it ultimately reaches the galaxy center, accumulates, and feeds nuclear activity. Studying the processes involved in the gas transport is an important step forward to understand galaxy evolution. 12CO, 13CO and C18O1-0 high-sensitivity ALMA observations were used to assess properties of the large-scale molecular gas reservoir and its connection to the circumnuclear molecular ring in NGC1614. The role of excitation and abundances were studied in this context. Spatial distributions of the 12CO and 13CO emission show significant differences. 12CO traces the large-scale molecular gas reservoir, associated with a dust lane that harbors infalling gas. 13CO emission is - for the first time - detected in the large-scale dust lane. Its emission peaks between dust lane and circumnuclear molecular ring. A 12CO-to-13CO1-0 intensity ratio map shows high values in the ring region (~30) typical for the centers of luminous galaxy mergers and even more extreme values in the dust lane (>45). This drop in ratio is consistent with molecular gas in the dust lane being in a diffuse, unbound state while being funneled towards the nucleus. We find a high 16O-to-18O abundance ratio in the starburst region (>900), typical of quiescent disk gas - by now, the starburst is expected to have enriched the nuclear ISM in 18O relative to 16O. The massive inflow of gas may be partially responsible for the low 18O/16O abundance since it will dilute the starburst enrichment with unprocessed gas from greater radii. The 12CO-to-13CO abundance is consistent with this scenario. It suggests that the nucleus of NGC1614 is in a transient phase of evolution where starburst and nuclear growth are fuelled by returning gas from the minor merger event.

研究动机与目标

• 研究分子气体内流在驱动NGC1614并合星系中强烈星暴和核活动中的作用。
• 确定12CO发射在大尺度分子储层和尘埃通道中是否追踪恒星形成气体或非恒星形成气体。
• 评估气体激发、丰度比以及高密度示踪剂（CN、CS）对理解并合星系中分子气体物理状态的影响。
• 评估观测到的线亮度比及C18O未检测到的结果对星暴年龄测定和化学富集历史的启示。

提出的方法

• 利用ALMA在约4'' beam分辨率下进行高灵敏度观测，中心频率分别为113.5 GHz（12CO 1-0）、108.5 GHz（13CO 1-0）、111.4/111.7 GHz（CN 1-0）、96.4 GHz（CS 2-1）和108.1 GHz（C18O 1-0），以绘制分子气体分布。
• 构建空间分辨的12CO/13CO线亮度比图，以探测光学厚度、激发态及丰度在星系中的变化。
• 通过12CO/13CO强度比推断12C/13C丰度比，假设12CO发射光学厚而13CO发射光学薄。
• 基于标准同位素丰度比，从12CO/13CO比值和观测到的12CO/13CO线亮度比估算O-16/O-18丰度比。
• 利用高密度示踪剂CN和CS识别核周环中的自引力致密气体团块。
• 利用C18O发射的上限值约束18O/16O丰度比，并评估星暴带来的化学富集作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC1614中的12CO发射在尘埃通道中是否追踪恒星形成气体或非恒星形成分子气体？
• RQ2 为何13CO发射在尘埃通道中相对于12CO存在空间偏移？这反映了气体密度和自引力的何种特征？
• RQ3 在尘埃通道中观测到的极高12CO/13CO线亮度比（>45）的起源是什么？它与气体激发和丰度有何关联？
• RQ4 为何未检测到C18O？这对其18O/16O丰度比和星暴年龄有何启示？
• RQ5 来自外盘的未处理气体内流如何影响核区的化学富集和恒星形成历史？

主要发现

• 12CO 1-0发射追踪了延伸至南部潮汐尾部的大尺度、弥散分子气体储层，并与尘埃通道相关，表明存在大量非恒星形成气体的内流。
• 首次在尘埃通道中探测到13CO 1-0发射，其峰值位于尘埃通道与核周环之间，表明此处为气体密度逐渐升高的过渡区域。
• 12CO/13CO 1-0线亮度比在尘埃通道中超过45，而在核周环中降至约30，表明尘埃通道中的气体为稀薄且非束缚状态，而环中气体更致密且具有自引力特征。
• 未检测到C18O发射意味着星暴区域的16O/18O丰度比≥900，与长期化学富集的预期不符，表明存在未处理内流气体对核区的稀释作用。
• 推断的12C/13C丰度比超过90，与稀释情景一致，表明星系核正处于由小质量并合驱动的返回气体内流所维持的瞬态燃料供给阶段。
• 检测到CN和CS发射，证实了核周环中存在致密、自引力气体，与强烈的中心星暴一致。