[论文解读] Dense Gas in Nearby Galaxies: XVII. The Distribution of Ammonia in NGC253, Maffei2 and IC342

M. Lebrón, C. Henkel+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 59被引用 13

一句话总结

本研究利用甚大阵列（VLA）在CnD和D配置下的干涉观测，对NGC 253、IC 342和Maffei 2的中心区域进行了氨（NH₃）发射的映射，空间分辨率约为50 pc。研究发现，致密分子云中的动能温度在25–50 K之间，NH₃的分布与H₂示踪剂（如C¹⁸O和HCN）高度一致，证实NH₃是致密气体的可靠示踪剂；IC 342西峰的(6,6)跃迁可能暗示脉泽发射，而NGC 253中(3,3)发射的增强可能表明存在时变脉泽活动或大尺度吸收效应。

ABSTRACT

The central few 100 pc of galaxies often contain large amounts of molecular gas. The chemical and physical properties of these extragalactic star formation regions differ from those in galactic disks, but are poorly constrained. This study aims to develop a better knowledge of the spatial distribution and kinetic temperature of the dense neutral gas associated with the nuclear regions of three prototypical spiral galaxies, NGC253, IC342, and Maffei2. VLA CnD and D configuration measurements have been made of three ammonia (NH3) inversion transitions. The (J,K)=(1,1) and (2,2) transitions of NH3 were imaged toward IC342 and Maffei2. The (3,3) transition was imaged toward NGC253. The entire flux obtained from single-antenna measurements is recovered for all three galaxies observed. Derived lower limits to the kinetic temperatures determined for the giant molecular clouds in the centers of these galaxies are between 25 and 50K. There is good agreement between the distributions of NH3 and other H2 tracers, such as rare CO isotopologues or HCN, suggesting that NH3 is representative of the distribution of dense gas. The "Western Peak" in IC342 is seen in the (6,6) line but not in lower transitions, suggesting maser emission in the (6,6) transition.

研究动机与目标

• 确定三个邻近星暴星系（NGC 253、IC 342和Maffei 2）核区致密中性气体的空间分布及其动能温度。
• 评估氨（NH₃）是否可作为星系核区外星系环境中致密分子气体的代表性示踪剂，其表现是否与CO同位素等H₂示踪剂相当。
• 调查NH₃谱线强度的异常现象，特别是NGC 253中(3,3)跃迁的增强以及IC 342西峰中(6,6)跃迁的检测，以检验是否存在脉泽发射或异常的ortho/para比。
• 解决NGC 253的(3,3)跃迁在高、低分辨率观测中谱线轮廓的差异，探讨其成因，如时间可变发射或未被VLA解析的大尺度吸收。

提出的方法

• 对NGC 253、IC 342和Maffei 2的(NH₃) (J,K) = (1,1)、(2,2)和(3,3)反转跃迁进行了VLA CnD和D配置的干涉观测。
• 实现了约50 pc的线性分辨率，使在中心数百秒差距内对致密气体结构进行高灵敏度映射成为可能。
• 通过单天线测量恢复了全部流量，确保了发射图的完整性，并最小化了波束填充因子偏差。
• 利用多个NH₃跃迁的相对强度推导动能温度的下限，利用NH₃反转跃迁对温度的敏感性。
• 将NH₃分布与C¹⁸O (2-1)、HCN和HCO⁺等其他H₂示踪剂的分布进行比较，评估其共空间分布和气体密度的一致性。
• 分析NGC 253的(3,3)跃迁和IC 342的(6,6)跃迁的信道图与谱线轮廓，以调查是否存在脉泽发射或光谱异常。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 253、IC 342和Maffei 2中心区域中，由NH₃示踪的致密分子气体的空间分布如何？
• RQ2 这些星系中致密分子气体的动能温度是多少，其值如何从多能级NH₃发射推导得出？
• RQ3 NH₃发射与C¹⁸O和HCN等其他H₂示踪剂的相关性在多大程度上表明其对致密气体的代表性？
• RQ4 NGC 253中NH₃的(3,3)跃迁为何比预期更强，这是否可能由于脉泽放大或异常的ortho/para比？
• RQ5 在NGC 253的西峰中，(6,6)跃迁被检测到而低能级跃迁未被检测到，这是否可作为脉泽发射的证据？

主要发现

• 成功对IC 342和Maffei 2的(1,1)和(2,2) NH₃跃迁，以及NGC 253的(3,3)跃迁进行了成像，且通过单天线测量恢复了全部流量。
• 这些星系中心区域巨分子云的动能温度下限为25至50 K，与星暴环境中致密、静止的气体一致。
• NGC 253中的NH₃发射与C¹⁸O (2-1)的分布高度一致，表明NH₃可有效示踪该星系中的大部分致密分子气体。
• HCN和HCO⁺的发射也与H₂分布一致，但在快速激波或光致离解辐射区域有所增强，表明存在化学分化。
• IC 342的西峰在(6,6) NH₃跃迁中被检测到，但低能级跃迁未被检测到，提示在高激发状态下可能存在脉泽发射。
• NGC 253的(3,3)谱线轮廓在本研究的高分辨率VLA数据中显示出更强的300 km s⁻¹成分，相较于早期低分辨率研究，可能由于时间可变发射或VLA未解析的大尺度吸收未被计入。