[论文解读] Molecular gas and dust in NGC4550: A galaxy with two counterrotating stellar disks

T. Wiklind, C. Henkel|ArXiv.org|Jun 15, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 31被引用 11

一句话总结

本研究通过CO(1–0)发射线观测，在NGC 4550的中心区域探测到1×10⁷ M⊙的分子气体，并利用哈勃空间望远镜WFPC2成像识别出非对称的尘埃分布。不规则的气体与尘埃形态与反向旋转恒星盘中的m=1不稳定性一致，表明近期发生了吸积事件（<1 Gyr），尽管整体系统对引力坍缩保持稳定，但密集分子云中仍持续着恒星形成，这很可能受到热X射线等离子体限制气体寿命的调节。

ABSTRACT

We report the detection of 1 10^7 M_sun of molecular gas in the central region of the S0/E7 galaxy NGC4550, inferred from observations of CO(1-0) emission. Dust is detected in HST WFPC2 images and found to be asymmetrically distributed around the nucleus, only extending to a galactocentric distance of 7'' (600 pc). The shape of the CO emission profile is consistent with a molecular gas distribution following the dust. The distribution of the dust and gas in the center could be the result of an m=1 instability, which is the fastest growing unstable mode in counterrotating stellar disks. On a global scale the molecular gas in NGC4550 is stable against gravitational collapse but nevertheless star formation appears to be ongoing with normal star formation efficiency and gas consumption time scales. The stellar velocity dispersion in NGC4550 resembles that of elliptical galaxies. It is therefore likely that a hot X-ray emitting plasma limits the lifetime of the molecular gas, that must arise from a recent (&lt;1 Gyr) accretion event.

研究动机与目标

• 调查NGC 4550中分子气体与尘埃的存在与分布情况，该星系是罕见的S0/E7型星系，拥有两个反向旋转的恒星盘。
• 确定所观测到的分子气体与尘埃的起源及其动力学稳定性，尤其考虑到该星系独特的反向旋转恒星结构。
• 评估是否正在发生恒星形成，以及调控气体与尘埃寿命和分布的物理机制。

提出的方法

• 使用位于西班牙皮科·维莱塔的IRAM 30米望远镜于2000年5月和1992年10月观测了CO(1–0)发射线， beam尺寸分别为23″和36″。
• 利用哈勃空间望远镜WFPC2的档案图像绘制尘埃分布，揭示出从核区延伸至约600 pc的非对称、不规则形态。
• 分析CO发射线轮廓的动力学结构与不对称性，将其与尘埃分布进行比较，以推断气体与尘埃的空间共位形态。
• 通过谱成分函数拟合（SED fitting）推导出尘埃温度，结果为39±7 K，表明显著加热可能来自正在进行的恒星形成。
• 通过将气体面密度与临界坍缩阈值进行比较，评估分子气体的稳定性，结果表明其整体上对引力坍缩保持稳定。
• 利用X射线数据和能量平衡分析，评估热X射线等离子体在限制弥散尘埃与气体组分寿命方面的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 4550中心区域的分子气体质量与空间分布如何？其与尘埃的关联性如何？
• RQ2 NGC 4550中分子气体与尘埃的非对称、不规则形态由何原因造成？
• RQ3 NGC 4550中是否正在发生恒星形成？如果是，尽管气体整体稳定，是什么机制维持了其持续形成？
• RQ4 热X射线等离子体的存在如何影响NGC 4550中分子气体与尘埃的存活与寿命？
• RQ5 分子气体与尘埃的起源是什么？供给它们的吸积事件有多新？

主要发现

• NGC 4550中心区域的分子气体质量为1×10⁷ M⊙，由CO(1–0)发射线观测推断得出。
• 尘埃呈非对称分布，延伸至星系中心半径7″（600 pc）处，具有显著的不规则形态。
• CO发射线轮廓与尘埃分布具有空间相关性，表明中心区域气体与尘埃共位。
• 不规则形态最合理的解释是反向旋转恒星盘中的m=1不稳定性，该模式在该类系统中为增长最快的不稳定性模式。
• 尽管整体对引力坍缩保持稳定，但恒星形成仍在持续，且恒星形成效率与气体耗散 timescales 正常。
• 热X射线等离子体的存在将弥散尘埃与气体组分的寿命限制在约100 Myr以内，意味着气体与尘埃必须起源于近期吸积事件（<1 Gyr）。