[论文解读] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA): IV. Gravitational Torques and AGN Feeding

S. García‐Burillo, F. Combes+3 more|ArXiv.org|Jul 4, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 64被引用 106

一句话总结

本文研究了恒星势场产生的引力扭转力矩作为低光度星系（NGC 4321、4826、4579、6951）中分子气体向活动星系核（AGN）流动的驱动力机制。研究发现，在200 pc以内，力矩主要为正，阻碍气体流入；并提出，瞬态力矩或高密度核环中的黏性可能克服此屏障，从而在星系寿命内实现活动星系核的周期性燃料供给。

ABSTRACT

We discuss the efficiency of stellar gravity torques as a mechanism to account for the feeding of the central engines of four low luminosity AGN: NGC4321, NGC4826, NGC4579 and NGC6951. These galaxies have been observed as part of the NUGA CO project, aimed at the study of AGN fueling mechanisms. Our calculations allow us to derive the characteristic time-scales for gas flows and discuss whether torques from the stellar potentials are efficient enough to drain the gas angular momentum in the inner 1 kpc of these galaxies. Results indicate paradoxically that feeding should be thwarted close to the AGN: in the four cases analyzed, gravity torques are mostly positive inside r~200pc, resulting in no inflow on these scales. As a possible solution for the paradox, we speculate that the agent responsible for driving inflow to still smaller radii is transient and thus presently absent in the stellar potential. Alternatively, the gravity torque barrier associated with the ILR of the bars in these galaxies could be overcome by other mechanisms that become competitive in due time against gravity torques. We find that viscosity can counteract moderate--to--low gravity torques on the gas if it acts on a nuclear ring of high gas surface density contrast and a few 100pc size. We propose an evolutionary scenario in which gravity torques and viscosity act in concert to produce recurrent episodes of activity during the typical lifetime of any galaxy. In this scenario the recurrence of activity in galaxies is indirectly related to that of the bar instabilities.

研究动机与目标

• 评估恒星引力力矩在驱动低光度AGN宿主星系中心区域分子气体流入方面的效率。
• 确定引力力矩是否足以解释星系内1 kpc范围内观测到的AGN燃料供给。
• 评估黏性与气体自引力作为克服AGN附近力矩屏障的替代或补充机制的作用。
• 提出一种情景：即使活跃阶段与旋臂强度峰值不一致，周期性AGN活动仍与旋臂演化周期相关。

提出的方法

• 从四颗星系的高分辨率近红外（NIR）图像中推导恒星势场。
• 利用角分辨率约为0.5”–2”的高分辨率CO(1–0)和CO(2–1)数据图，估算分子气体所受的平均有效力矩。
• 基于净力矩和气体面密度分布，计算特征性气体流入 timescales。
• 通过比较核环中黏性 timescales 与动力学 timescales，评估黏性相对于引力力矩的相对效率。
• 通过估算气体质量分数随半径的变化，评估气体自引力对引力势场的影响。
• 采用逐案分析方法，比较每颗目标星系中黏性与引力力矩效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 恒星引力力矩是否足以在低光度AGN宿主星系内1 kpc范围内驱动显著的气体流入？
• RQ2 为何尽管存在大尺度旋臂，气体在半径小于200 pc处仍受阻碍？
• RQ3 高表面密度核环中的黏性是否能克服正向力矩屏障并实现AGN燃料供给？
• RQ4 气体自引力与非轴对称结构如何影响引力势场与气体流入效率？
• RQ5 旋臂演化周期与低光度星系中AGN活动周期性之间的关联是什么？

主要发现

• 在所有四颗星系中，200 pc以内引力力矩主要为正，表明存在净向外力矩，阻碍气体流入。
• 约200 pc处的力矩屏障表明，仅靠引力无法解释这些系统的核区燃料供给。
• 若作用于具有高气体面密度对比度且尺度约为数百pc的核环，黏性可抵消中等至低强度的引力力矩。
• 在NGC 4826和NGC 4321中，气体自引力显著，约100 pc处气体质量分数达10–15%，可能影响非轴对称不稳定性。
• 在NGC 6951和NGC 4579中，从约100至1000 pc范围内，气体质量分数保持较低（1–3%），表明自引力影响微弱。
• 提出一种情景：引力力矩与黏性在旋臂生命周期内协同作用，即使活跃阶段未与旋臂强度峰值同步，也能实现周期性AGN活动。