[论文解读] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA) I.The counter-rotating LINER NGC4826

S. García‐Burillo, F. Combes+9 more|ArXiv.org|Jun 6, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 59被引用 80

一句话总结

本研究利用IRAM Plateau de Bure干涉仪对NGC 4826进行了高分辨率CO(1-0)和CO(2-1)观测，揭示了一个倾斜的、40 pc大小的核区分子盘，其具有两个单臂螺旋结构，由m=1不稳定性驱动。动力学分析表明，内区m=1模态与快波（滞后，位于科罗拉多外侧）一致，而外区模态则与慢波一致，表明尽管存在大量分子气体（3.1 × 10⁸ M☉），当前的气体分布并不利于活动星系核（AGN）的燃料供给。

ABSTRACT

We present new high-resolution observations of the nucleus of the counter-rotating LINER NGC4826, made in the J=1-0 and J=2-1 lines of 12CO with the IRAM Plateau de Bure mm-interferometer(PdBI).The CO maps, which achieve 0.8''(16pc) resolution in the 2-1 line, fully resolve an inner molecular gas disk which is truncated at an outer radius of 700pc. The total molecular gas mass is distributed in a lopsided nuclear disk of 40pc radius and two one-arm spirals, which develop at different radii in the disk. The distribution and kinematics of molecular gas in the inner 1kpc of NGC4826 show the prevalence of different types of m=1 perturbations in the gas. Although dominated by rotation, the gas kinematics are perturbed by streaming motions related to the m=1 instabilities. The non-circular motions associated with the inner m=1 perturbations agree qualitatively with the pattern expected for a trailing wave developed outside corotation ('fast' wave). In contrast, the streaming motions in the outer m=1 spiral are better explained by a 'slow' wave. A paradoxical consequence is that the inner m=1 perturbations would not favour AGN feeding. An independent confirmation that the AGN is not being generously fueled at present is found in the low values of the gravitational torques exerted by the stellar potential for R<530pc. The distribution of star formation in the disk of NGC4826 is also strongly asymmetrical. Massive star formation is still vigorous, fed by the significant molecular gas reservoir at R<700pc. There is supporting evidence for a recent large mass inflow episode in NGC4826. These observations have been made in the context of the NUclei of GAlaxies (NUGA) project, aimed at the study of the different mechanisms for gas fueling of AGN.

研究动机与目标

• 研究m=1不稳定性在驱动NGC 4826核区气体流入中的作用，该星系为一对向旋转的LINER星系。
• 确定观测到的分子气体动力学与分布是否与自洽演化或外部触发一致。
• 通过分析核区引力扭矩与气体流入模式，评估AGN燃料供给的潜力。
• 将分子气体的形态与动力学与内盘中的恒星形成活动及结构不对称性联系起来。
• 为NUGA项目更广泛的目标——识别活动星系核中气体燃料供给机制——做出贡献。

提出的方法

• 利用IRAM Plateau de Bure干涉仪对12CO J=1-0和J=2-1跃迁进行高分辨率干涉观测，空间分辨率达0.8角秒（16 pc）。
• 通过速度通道图与位置-速度图分析内1 kpc区域内分子气体的动力学与空间分布。
• 计算恒星势场产生的引力扭矩，以评估其驱动气体流入的能力，特别针对R < 530 pc区域。
• 通过将观测到的流体运动与快波和慢波的理论模型比较，估算m=1不稳定的图案速度。
• 利用标准X因子，从CO线光度推导出分子气体质量，总质量为3.1 × 10⁸ M☉。
• 使用HST图像将观测到的恒星形成不对称性与分子气体中m=1扰动的形态进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 4826分子气体盘中观测到的m=1不稳定性由何驱动？其是否与快波或慢波模态一致？
• RQ2 NGC 4826中当前分子气体的分布与动力学是否支持高效的活动星系核燃料供给？
• RQ3 恒星势场产生的引力扭矩在NGC 4826中心区域气体流入中起何作用？
• RQ4 观测到的恒星形成与气体分布的不对称性在多大程度上与分子盘中的m=1扰动相关？
• RQ5 自洽演化在NGC 4826倾斜核盘的形成与维持中起何种作用？

主要发现

• NGC 4826中的分子气体质量为3.1 × 10⁸ M☉，其中15%（4.65 × 10⁷ M☉）集中在半径40 pc的倾斜核区盘中。
• 内部分子盘表现出两个单臂螺旋结构，流体运动显示为快波图案（滞后，位于科罗拉多外侧），与图案速度≥ 1500 km s⁻¹ kpc⁻¹一致。
• 外区m=1螺旋结构的动力学更符合慢波解释，表明其动力学起源或图案速度不同。
• 中心区域（R < 530 pc）的引力扭矩较低，表明当前气体分布不利于高效的AGN燃料供给。
• 恒星形成表现出强烈的不对称性，并与m=1扰动在空间上高度相关，特别是在内盘区域，表明存在持续或近期的由流入驱动的恒星形成。
• 电离气体的动力学与恒星速度 dispersion 支持近期发生过大规模气体流入事件，可能由过去的吸积或相互作用触发，时间尺度约为10⁷–10⁸年。