[论文解读] Molecular gas in NUclei of GAlaxies (NUGA) VII. NGC4569, a large scale bar funnelling gas into the nuclear region

F. Boone, A. J. Baker+9 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|May 24, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 50被引用 4

一句话总结

本研究利用高分辨率CO观测，调查NGC 4569中分子气体的动力学，以确定大尺度恒星棒如何驱动气体向星系核内流动。通过在弱棒势场中的轨道建模，作者识别出内 Lindblad 共振（ILR），并表明引力扭矩可有效将气体输运至300 pc以内，尽管仍需额外机制来解释100 pc以下区域的中心星暴燃料供给。

ABSTRACT

This work is part of the NUGA survey of CO emission in nearby active galaxies. We present observations of NGC4569, a member of the Virgo Cluster. We analyse the molecular gas distribution and kinematics in the central region and we investigate a possible link to the strong starburst present at the nucleus. 70% of the 1.1x10^9 Msolar of molecular gas detected in the inner 20" is found to be concentrated within the inner 800 pc and is distributed along the large scale stellar bar seen in near-infrared observations. A hole in the CO distribution coincides with the nucleus where most of the Halpha emission and blue light are emitted. The kinematics are modelled in three different ways, ranging from the purely geometrical to the most physical. This approach allows us to constrain progressively the physical properties of the galaxy and eventually to emerge with a reasonable fit to an analytical model of orbits in a barred potential. Fitting an axisymmetric model shows that the non-circular motions must be comparable in amplitude to the circular motions (120 km/s). Fitting a model based on elliptical orbits allows us to identify with confidence the single inner Lindblad resonance (ILR) of the large scale bar. Finally, a model based on analytical solutions for the gas particle orbits in a weakly barred potential constrained by the ILR radius reproduces the observations well. The mass inflow rate is then estimated and discussed based on the best fit model solution. The gravitational torques implied by this model are able to efficiently funnel the gas inside the ILR down to 300 pc, although another mechanism must take over to fuel the nuclear starburst inside 100 pc.

研究动机与目标

• 调查大尺度恒星棒在驱动NGC 4569星系核内分子气体流动中的作用。
• 确定气体运动学中的非圆周运动和共振结构是否可解释观测到的分子气体集中现象。
• 在棒状势场中建模引力扭矩，并估算进入核区的质量流入速率。
• 评估观测到的气体动力学是否足以解释该LINER型星系中强烈的核区星暴活动。
• 识别负责为中央星暴供能的物理机制，区分棒驱动的气体流入与其他过程。

提出的方法

• 利用IRAM Plateau de Bure干涉仪和30米望远镜获取高分辨率（0.5″）CO(1-0)和CO(2-1)谱线观测，以绘制分子气体分布与运动学特征。
• 应用三种建模方法：纯几何方法、椭圆轨道建模以及弱棒势场中气体粒子轨道的解析解。
• 通过将轨道模型拟合至观测到的运动学结构，基于条件Ω - κ/2 = Ω_p，识别出内 Lindblad 共振（ILR）。
• 引力扭矩计算基于扰动势Φ_b(r,φ) = εΦ₀ cos(2φ)，其中Φ₀来自对数势模型。
• 利用角动量变化推导的径向速度估算质量流入速率：v_rad = T̄ / (∂M/∂r)，其中T̄为轨道上的净扭矩。
• 模型通过ILR半径和图案速度约束，棒的强度保持在5%以下，以确保处于弱扰动区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 4569中心20″范围内的分子气体的空间分布与运动学结构如何？
• RQ2 大尺度恒星棒在多大程度上通过引力扭矩驱动气体向核区流动？
• RQ3 内 Lindblad 共振（ILR）位于何处？它如何影响气体动力学与流入效率？
• RQ4 观测到的气体集中与运动学是否能通过棒势场中的轨道模型加以解释？
• RQ5 核区的质量流入速率估计值是多少？何种机制负责100 pc以下区域的星暴燃料供给？

主要发现

• 约70%的总分子气体质量（~7.7 × 10⁸ M☉）集中于内800 pc，且在大尺度恒星棒方向有显著集中。
• CO分布中存在一个空洞，与星系核位置重合，该处观测到大部分Hα发射线和蓝光，表明核心区域缺乏分子气体。
• 基于椭圆轨道建模，内 Lindblad 共振（ILR）被明确识别在约300 pc的半径处。
• 在ILR半径约束下的弱棒势场中气体轨道解析模型，与观测到的运动学特征拟合最佳。
• 棒的引力扭矩可有效将气体输运至300 pc以内，质量流入速率与模型一致，但不足以完全解释100 pc以下区域的燃料供给。
• 棒的图案速度估计为~0.11 v_p / r_p，回旋半径约为ILR半径的6.26倍，与对数势模型一致。