[论文解读] Molecular gas in NUclei of GAlaxies (NUGA) XV. Molecular gas kinematics in the inner 3kpc of NGC6951

T. P. R. van der Laan, Eva Schinnerer+7 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Feb 24, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 50被引用 18

一句话总结

本研究利用IRAM PdBI和30米望远镜获得的高分辨率12 CO(1-0)与(2-1)观测数据，研究NGC 6951内半径3 kpc范围内的分子气体动力学。研究识别出中心附近存在一个动力学上独立的高速CO组分，解释为由核区恒星椭圆势阱驱动的内流气体，完成了气体向活动星系核（AGN）内流的最后阶段。

ABSTRACT

Within the NUclei of GAlaxies project we have obtained IRAM PdBI and 30m 12CO(1-0) and 12CO(2-1) observations of the spiral galaxy NGC 6951. Previous work shows that there is indirect evidence of gas inflow from 3 kpc down to small radii: a large-scale stellar bar, a prominent starburst ring (r~580 pc) and a LINER/Seyfert 2 nucleus. In this paper we study the gas kinematics as traced by the CO line emission in detail. We quantify the influence of the large-scale stellar bar by constructing an analytical model of the evolution of gas particles in a barred potential. From this model gravitational torques and mass accumulation rates are computed. We compare our model-based gravitational torque results with previous observationally-based ones. The model also shows that the large-scale stellar bar is indeed the dominant force for driving the gas inward, to the starburst ring. Inside the ring itself a nuclear stellar oval might play an important role. Detailed analysis of the CO gas kinematics there shows that emission arises from two co-spatial, but kinematically distinct components at several locations. The main emission component can always be related to the overall bar-driven gas kinematics. The second component exhibits velocities that are larger than expected for gas on stable orbits, has a molecular gas mass of 1.8x10^6Msun, is very likely connected to the nuclear stellar oval, and is consistent with inflowing motion towards the very center. This may form the last link in the chain of gas inflow towards the active galactic nucleus in NGC 6951.

研究动机与目标

• 理解具有LINER/赛弗特2型核的螺旋星系NGC 6951内半径3 kpc范围内分子气体的动力学结构与内流动力学。
• 确定大尺度与核区恒星结构通过引力扭矩驱动气体向内运动的作用。
• 识别并表征可能代表气体向超大质量黑洞内流最后阶段的动力学独立气体组分。
• 将基于模型的引力扭矩预测与先前基于观测的扭矩图进行比较，以验证内流机制。

提出的方法

• 利用IRAM高原德布瓦干涉仪和30米望远镜获取了高分辨率（0.5–1角秒）的12 CO(1-0)与(2-1)谱线发射映射。
• 构建了在旋涡势场中气体粒子轨迹的解析模型，以模拟气体对大尺度恒星旋臂扭矩的响应。
• 从模型中计算出引力扭矩与质量累积率分布，并与García-Burillo等人（2005年）和Haan等人（2009年）的观测扭矩图进行比较。
• 在环核区域多个位置分析了双峰CO谱线轮廓，以识别动力学上独立的组分。
• 结合几何与动力学论证，评估第二个CO组分是否处于稳定轨道，或表现出内流运动。
• 评估该CO组分与中心HCN发射（Krips等人，2007年）在空间与动力学上的关联性，以评估内流链的连续性。

实验结果

研究问题

• RQ1 大尺度恒星旋臂在驱动NGC 6951内半径3 kpc范围内分子气体内流中起什么作用？
• RQ2 核区恒星椭圆是否能解释中心CO发射中观测到的动力学异常？
• RQ3 是否存在动力学上独立的气体组分，代表了向活动星系核内流的最后阶段？
• RQ4 模型预测的引力扭矩与同一区域中基于观测的扭矩图相比如何？
• RQ5 靠近动力学中心的高速CO组分的物理起源是什么？是否与内流一致？

主要发现

• 大尺度恒星旋臂是气体内流的主要驱动力，可将分子气体输运至约400 pc的半径，与环核星暴环的位置一致。
• 在动力学中心附近检测到一个具有约80 km s⁻¹速度偏移的动力学独立CO组分，表明其运动与稳定轨道运动不一致。
• 该第二CO组分的分子气体质量为1.8 × 10⁶ M☉，在空间与动力学上与核区恒星椭圆对齐，表明其受椭圆引力扭矩驱动。
• 该CO组分位于核区椭圆的南侧前导边，与向星系核的内流运动一致，代表了气体内流的最后阶段。
• 该CO组分在空间与动力学上与中心HCN发射（FWHM ~0.5角秒，速度范围±70 km s⁻¹）相连，表明内流链具有连续性。
• 基于模型的引力扭矩分析确认，大尺度旋臂在400 pc以外占主导地位，而核区恒星椭圆可能在最内区接管气体输运。