[论文解读] Molecular gas chemistry in AGN. II. High-resolution imaging of SiO emission in NGC1068: shocks or XDR?

S. García‐Burillo, A. Usero+8 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2010

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 66被引用 40

一句话总结

本研究利用高分辨率PdBI观测，对NGC 1068星系核周围盘（CND）中SiO和CN的增强丰度起源进行了探究。研究发现，虽然激波可能解释SiO与HNCO/CH₃OH的丰度比，但X射线主导区（XDR）化学最能解释CN和SiO的高丰度，其与硬X射线辐照强烈相关，表明NGC 1068的CND是一个巨大的XDR。

ABSTRACT

This paper is part of a multi-species survey of line emission from the molecular gas in the circum-nuclear disk (CND) of the Seyfert 2 galaxy NGC1068. Single-dish observations have provided evidence that the abundance of silicon monoxide(SiO) in the CND of NGC1068 is enhanced by 3-4 orders of magnitude with respect to the values typically measured in quiescent molecular gas in the Galaxy. We aim at unveiling the mechanism(s) underlying the SiO enhancement. We have imaged with the IRAM Plateau de Bure interferometer the emission of the SiO(2-1) and CN(2--1) lines in NGC1068 at 150pc and 60pc spatial resolution, respectively. We have also obtained complementary IRAM 30m observations of HNCO and methanol (CH3OH) lines. SiO is detected in a disk of 400pc size around the AGN. SiO abundances in the CND of (1-5)xE-09 are about 1-2 orders of magnitude above those measured in the starburst ring. The overall abundance of CN in the CND is high: (0.2-1)xE-07. The abundances of SiO and CN are enhanced at the extreme velocities of gas associated with non-circular motions close to the AGN (r<70pc). Abundances measured for CN and SiO, and the correlation of CN/CO and SiO/CO ratios with hard X-ray irradiation, suggest that the CND of NGC1068 has become a giant X-ray dominated region (XDR). The extreme properties of molecular gas in the circum-nuclear molecular disk of NGC1068 result from the interplay between different processes directly linked to nuclear activity. Whereas XDR chemistry offers a simple explanation for CN and SiO in NGC1068, the relevance of shocks deserves further scrutiny. The inclusion of dust grain chemistry would help solve the controversy regarding the abundances of other molecular species, like HCN, which are under-predicted by XDR models.

研究动机与目标

• 确定NGC 1068星系核周围盘（CND）中SiO和CN极端增强的物理机制。
• 区分激波诱导化学与X射线主导区（XDR）化学，作为塑造CND分子丰度的主导过程。
• 评估非圆周运动和高速气体在驱动化学差异性和分子线增强中的作用。
• 评估XDR模型是否能解释观测到的SiO、CN和CO的丰度比，以及是否需要尘埃颗粒化学来解决HCN预测中的差异。
• 在150 pc和60 pc的空间分辨率下，绘制分子气体的空间与运动学结构，以将化学异常与核活动联系起来。

提出的方法

• 利用IRAM高原上的Bure干涉仪（PdBI）对86.8 GHz处的SiO(2–1)和226.8 GHz处的CN(2–1)进行高分辨率干涉观测，分别达到150 pc和60 pc的空间分辨率。
• 利用补充的单镜望远镜30米望远镜观测HNCO和CH₃OH谱线，以追踪激波气体，并将线比与银河系典型激波区域进行比较。
• 在CND范围内计算空间分辨的线比（SiO/CO、CN/CO），以评估化学差异性，并与X射线辐照图进行相关分析。
• 对SiO和CN发射进行运动学分析，检测其偏离圆周旋转的迹象，在半径小于70 pc的区域识别出非圆周和非共面运动。
• 利用速度积分线强度和CO发射作为参考，进行丰度计算，得到X(SiO)和X(CN)的范围分别为1–5×10⁻⁹和0.2–1×10⁻⁷。
• 将理论XDR化学模型与观测到的丰度趋势进行比较，特别关注SiO/CO和CN/CO比与硬X射线辐照的相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1068 CND中SiO丰度增强3–4个数量级的主导物理机制是什么？
• RQ2 考虑到其与银河系激波区域的相似性，仅靠激波化学能否解释CND中HNCO/SiO和CH₃OH/SiO的观测线比？
• RQ3 为何NGC 1068中CN和SiO的高丰度与激波化学或PDR化学模型均不一致？
• RQ4 X射线辐照（XDR）在多大程度上能解释CND中SiO和CN的观测空间与运动学模式？
• RQ5 SiO和CN的观测丰度比如何与硬X射线辐照相关联？这又对CND中主导化学过程意味着什么？

主要发现

• SiO发射显示一个围绕活动星系核（AGN）的400 pc直径盘，其峰值丰度为(1–5)×10⁻⁹，比恒星形成环高出1–2个数量级。
• SiO/CO亮度温度比在AGN附近和西向结处达到约0.10–0.12的峰值，表明在高速区域存在化学差异性。
• CN发射在大小相似的CND中被探测到，其全局丰度为(0.2–1)×10⁻⁷，AGN附近CN/CO比峰值约为0.30。
• 在r ≤ 70 pc范围内，高速SiO和CN发射与极端非圆周运动强烈相关，表明在动力学扰动气体中发生化学增强。
• SiO和CN的丰度及其与硬X射线辐照的相关性，最能由X射线主导区（XDR）化学解释，而非激波或PDR过程。
• 尽管HNCO/SiO和CH₃OH/SiO比值与银河系激波区域一致，但CN的强度和丰度无法由激波模型再现，支持XDR为CND中的主导机制。