[论文解读] Molecular Gas in NUclei of GAlaxies (NUGA): XII. The head-on collision in NGC1961

F. Combes, A. J. Baker+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 52被引用 27

一句话总结

该论文提出，NGC 1961极端形态的成因是质量比约为1:4的正面小质量并合，其特征包括大尺寸、翘曲盘面、非中心环状结构以及清晰的南部气体边界。高分辨率CO(1–0)与CO(2–1)地图显示存在陡峭的速度梯度以及向外传播的环状波，支持碰撞驱动的场景，可同时解释动力学质量的高估以及其低光度AGN的燃料供给。

ABSTRACT

We present high-resolution CO(1-0) and CO(2-1) maps of the LINER 2 galaxy NGC1961. This galaxy is unusual among late-type (Sc) disk galaxies in having a very large radial extent and inferred dynamical mass. We propose a head-on collision scenario to explain the perturbed morphology of this galaxy- both the off-centered rings and the inflated radius. This scenario is supported by the detection of a steep velocity gradient in the CO(1-0) map at the position of a southwest peak in radio continuum and near-infrared emission. This peak would represent the remnant of the disrupting companion. We use numerical models to demonstrate the plausibility of the scenario. While ram pressure stripping could in principle be important for shocking the atomic gas and produce the striking head-tail morphology, the non detection of this small galaxy group in X-ray emission suggests that any hot intragroup medium has too low a density. The collision with the companion of mass ratio 1:4 produces a lopsided wave, which accounts for the sharp boundary observed in the atomic gas on the southern side. We argue that NGC1961 has a strongly warped disk, which gives the false impression of a nearly face-on system; the main disk is actually more edge-on, and this error in the true inclination has led to the surprisingly high dynamical mass for a morphologically late-type galaxy. In addition, the outward propagating ring artificially enlarges the disk. The collision de-stabilizes the inner disk and can provide gas inflow to the active nucleus.

研究动机与目标

• 解释晚型Sc星系NGC 1961异常大的动力学质量和扩展盘面，其偏离了该Hubble类型典型的质量-大小关系。
• 解决该星系正面外观与其高估质量之间的矛盾，该矛盾可能源于强烈翘曲导致的倾角误估。
• 确定是 ram 压力剥离还是小质量并合更能够解释观测到的非对称气体结构，包括非中心环和清晰的南部气体边界。
• 研究小质量并合在触发气体向中心低光度AGN（LINER 2型）内流以提供燃料中的作用。
• 检验观测到的环状波与辐条状特征是否可通过涉及动力摩擦与波传播的碰撞情景重现。

提出的方法

• 利用IRAM Plateau de Bure干涉仪对CO(1–0)与CO(2–1)发射线进行高分辨率干涉观测，以绘制分子气体的运动学与形态学分布。
• 分析CO(1–0)图中速度梯度，识别近期碰撞的运动学特征，尤其关注射电与近红外发射中西南方向的峰值。
• 对质量比约为1:4的正面碰撞进行数值流体动力学模拟，以模拟环状波、辐条结构及气体内流的形成。
• 将观测到的环状形态与清晰的南部气体边界与模型预测进行比较，评估并合情景相较于ram压力剥离的可行性。
• 利用动力摩擦模型估算并合 timescale 与最终状态，假设伴星为刚体，因缺乏约束条件。
• 通过速度弥散度（3×10⁸ M☉）与爱丁顿比（10⁻⁶–10⁻⁵）估算黑洞质量，以定位AGN燃料供给水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 何种机制可解释晚型螺旋星系NGC 1961的极大尺寸与高动力学质量？该星系的质量远超其Hubble类型应有的水平。
• RQ2 为何NGC 1961表现出清晰的南部气体边界与非中心环？这能否由小质量并合或ram压力剥离解释？
• RQ3 与伴星的正面碰撞如何解释分子气体分布中观测到的环状波与辐条状特征？
• RQ4 NGC 1961的盘面翘曲在多大程度上导致了其动力学质量与倾角的高估？
• RQ5 小质量并合情景能否解释NGC 1961中低光度AGN（LINER 2型）的间歇性燃料供给？

主要发现

• 质量比为1:4的正面碰撞情景最能解释观测到的运动学与形态学特征，包括西南方向峰值处的陡峭速度梯度，该梯度被解释为被破坏伴星的残余。
• 碰撞模型自然产生具有大倾角的向外传播环状波与辐条结构，与观测到的CO(1–0)与CO(2–1)形态高度一致。
• 清晰的南部气体边界由薄而翘曲的气体盘的几何投影所致，而非ram压力；X射线未探测到热介质，排除了致密热介质的存在。
• 盘面翘曲导致倾角误估，从而引起动力学质量高估；真实盘面比先前假设的更接近边缘朝向。
• 小质量并合使内盘失稳，可能触发棒状结构形成或增强棒的强度，从而促进气体向内流动以供给AGN。
• 该模型支持NGC 1961作为小质量并合诱导燃料供给在低光度AGN中具有代表性的例子，其爱丁顿比约为10⁻⁶–10⁻⁵，与间歇性吸积一致。