[论文解读] Fueling the central engine of radio galaxies. III. Molecular gas and star formation efficiency of 3C 293

Á. Labiano, S. García‐Burillo+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 142被引用 16

一句话总结

本研究利用IRAM Plateau de Bure干涉仪对演化后的射电星系3C~293进行了高分辨率CO(1-0)和CO(2-1)观测，调查其分子气体与恒星形成情况。研究发现冷分子气体中不存在快速外流，恒星形成效率（SFE）与正常星系一致（SFE = 0.18 Gyr⁻¹），并表明演化后的射电星系中低SFE值可能源于对SFR的低估或对H₂密度的高估，尤其是在依赖7.7 μm PAH辐射示踪剂时。

ABSTRACT

Aims. We investigate the different manifestations of AGN feedback in the evolved, powerful radio source 3C293 and their impact on the molecular gas of its host galaxy, which harbors young star-forming regions and fast outflows of HI and ionized gas. Methods. We study the distribution and kinematics of the molecular gas of 3C293 using high spatial resolution observations of the CO(1-0) and CO(2-1) lines, and the 3 and 1mm continuum taken with the IRAM PdBI. We mapped the molecular gas of 3C293 and compared it with the dust and star-formation images of the host. We searched for signatures of outflow motions in the CO kinematics, and reexamined the evidence of outflowing gas in the HI spectra. We also derived the star formation rate (SFR) and efficiency (SFE) of the host with all available SFR tracers from the literature, and compared them with the SFE of young and evolved radio galaxies and normal star-forming galaxies. Results. The CO(1-0) emission line shows that the molecular gas in 3C293 is distributed along a massive (2.2E10 Msun) warped disk with diameter of 21 kpc that rotates around the AGN. Our data show that the dust and the star formation are clearly associated with the CO disk. The CO(2-1) emission is located in the inner 7 kpc (diameter) region around the AGN, coincident with the inner part of the CO(1-0) disk. Both the CO(1-0) and CO(2-1) spectra reveal the presence of an absorber against the central regions of 3C293 that is associated with the disk. We do not detect any fast (>500 km/s) outflow motions in the cold molecular gas. The host of 3C293 shows an SFE consistent with the Kennicutt-Schmidt law. The apparently low SFE of evolved radio galaxies may be caused by an underestimation of the SFR and/or an overestimation of the molecular gas densities in these sources. We find no signatures of AGN feedback in the molecular gas of 3C293.

研究动机与目标

• 调查活动星系核（AGN）反馈在演化后射电星系3C~293的分子气体与恒星形成中的作用。
• 确定电离气体和H I气体中的快速外流是否在冷分子气体相中得到体现。
• 利用多种SFR示踪剂重新评估3C~293的恒星形成效率（SFE），并与正常星系及年轻射电星系进行比较。
• 评估在演化后射电星系中报道的低SFE值是否真实，或是否为SFR与H₂质量估算中的系统性偏差所致。

提出的方法

• 利用IRAM Plateau de Bure干涉仪对CO(1-0)和CO(2-1)线进行高空间分辨率干涉观测，以绘制分子气体的分布与运动学特征。
• 利用CO数据推导出系统的径向速度（v_sys^CO = 13,434 ± 8 km s⁻¹）、倾角及盘面位置角。
• 光谱分析识别出AGN和喷流方向的CO吸收特征，与H I吸收及盘面运动学一致。
• 采用多种示踪剂估算恒星形成率（SFR）：[Ne II]、11.3 μm PAH及24/70 μm连续辐射，并评估AGN污染影响。
• 将恒星形成效率（SFE）计算为SFR / M(H₂)，并与Kennicutt-Schmidt定律及其他射电星系进行比较。
• 对速度场进行傅里叶分解，以检测CO盘中的翘曲特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 3C~293的冷气体中是否存在快速（≥500 km s⁻¹）分子外流，如在H I和电离气体中所见？
• RQ2 3C~293的真实恒星形成效率（SFE）是多少？其与正常星系及其它射电星系相比如何？
• RQ3 为何演化后射电星系通常表现出低SFE？这是否源于SFR或H₂质量估算中的系统性偏差？
• RQ4 3C~293中心区域的CO吸收特征是否与旋转分子盘相关？
• RQ5 CO盘的动力学结构是否表明其具有翘曲形态？

主要发现

• 3C~293的分子气体形成一个质量巨大、存在翘曲的盘状结构，总H₂质量约为~2.2 × 10¹⁰ M☉，延伸范围达~21 kpc（24角秒）。
• CO(1-0)与CO(2-1)发射线描绘出一个旋转盘，其中CO(2-1)线局限于内区7 kpc，与中心AGN区域一致。
• 尽管在H I和电离气体中存在明显外流，但在冷分子气体中未检测到任何快速（≥500 km s⁻¹）外流运动。
• 3C~293的恒星形成率（SFR）为4.0 ± 1.5 M☉ yr⁻¹，由[Ne II]和11.3 μm PAH发射等可靠示踪剂得出。
• 3C~293的恒星形成效率（SFE）为0.18 Gyr⁻¹，与正常星系及年轻射电星系的Kennicutt-Schmidt定律一致。
• 3C~293的SFE比其他演化后射电星系中通过7.7 μm PAH发射得出的值高出10至50倍，表明此类系统中低SFE值可能源于SFR估算偏低或H₂质量估算偏高。