[论文解读] Molecular line emission in NGC1068 imaged with ALMA. I An AGN-driven outflow in the dense molecular gas

S. García‐Burillo, F. Combes+23 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|May 28, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 155被引用 177

一句话总结

利用ALMA在第一周期（Cycle 0）进行观测，本研究以0.3–0.5角秒的分辨率对NGC 1068中的致密分子气体进行了测绘，揭示了在核周盘（CND）中存在一个质量巨大的、由AGN驱动的分子外流，其外流速率为~63 M☉ yr⁻¹，超出恒星形成速率一个数量级。该外流由AGN的离化圆锥扫过CND而触发，其高动量与动能功率证实了AGN反馈是驱动机制，且CND中的气体耗尽 timescale ≤1 Myr。

ABSTRACT

We investigate the fueling and the feedback of star formation and nuclear activity in NGC1068, a nearby (D=14Mpc) Seyfert 2 barred galaxy, by analyzing the distribution and kinematics of the molecular gas in the disk. We have used ALMA to map the emission of a set of dense molecular gas tracers (CO(3-2), CO(6-5), HCN(4-3), HCO+(4-3) and CS(7-6)) and their underlying continuum emission in the central r ~ 2kpc of NGC1068 with spatial resolutions ~ 0.3"-0.5" (~ 20-35pc). Molecular line and dust continuum emissions are detected from a r ~ 200pc off-centered circumnuclear disk (CND), from the 2.6kpc-diameter bar region, and from the r ~ 1.3kpc starburst (SB) ring. Most of the emission in HCO+, HCN and CS stems from the CND. Molecular line ratios show dramatic order-of-magnitude changes inside the CND that are correlated with the UV/X-ray illumination by the AGN, betraying ongoing feedback. The gas kinematics from r ~ 50pc out to r ~ 400pc reveal a massive (M_mol ~ 2.7 (+0.9, -1.2) x 10^7 Msun) outflow in all molecular tracers. The tight correlation between the ionized gas outflow, the radio jet and the occurrence of outward motions in the disk suggests that the outflow is AGN-driven. The outflow rate estimated in the CND, dM/dt ~ 63 (+21, -37) Msun yr^-1, is an order of magnitude higher than the star formation rate at these radii, confirming that the outflow is AGN-driven. The power of the AGN is able to account for the estimated momentum and kinetic luminosity of the outflow. The CND mass load rate of the CND outflow implies a very short gas depletion time scale of <=1 Myr.

研究动机与目标

• 研究致密分子气体在赛克特2型星系NGC 1068中燃料供给与反馈过程中的作用。
• 确定气体吸积与AGN反馈是否可通过流入与外流机制实现自我调节。
• 利用高分辨率ALMA数据，解析中心2 kpc内致密分子气体（n(H₂) ≥ 10⁵–10⁶ cm⁻³）的运动学与分布。
• 利用ALMA尘埃连续谱与多波段数据，约束假定AGN环模式的几何结构与性质。
• 识别来自外盘的气体流入与来自CND的外流迹象，并评估其在核活动调控中的作用。

提出的方法

• ALMA第一周期观测在0.3–0.5角秒分辨率（距离D = 14 Mpc时为20–35 pc）下，对NGC 1068中心2 kpc区域内的CO(3–2)、CO(6–5)、HCN(4–3)、HCO⁺(4–3)与CS(7–6)示踪分子线发射进行了测绘。
• 采用CO(3–2)速度场的傅里叶分解方法，将旋转运动与径向流入及外流运动分离开来。
• 将ALMA的尘埃连续谱流量与近红外及中红外数据结合，利用CLUMPY模型对AGN环模式进行建模。
• 分析分子线线比，以追踪气体激发态与电离状态的变化，揭示AGN反馈的影响。
• 通过电离气体星云、射电喷流与分子外流特征之间的空间与运动学关联，推断外流的起源。
• 基于CND中速度梯度与视线积分所获得的质量通量，估算外流速率。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1068的核周盘中的致密分子气体是否由AGN反馈驱动？其外流速率是多少？
• RQ2 AGN的电离圆锥如何与分子气体相互作用，从而激发观测到的外流？
• RQ3 核周盘在调控气体流入与AGN燃料供给中扮演何种角色？
• RQ4 观测到的外流与流入运动学能否解释核区恒星形成与气体吸积的自我调节机制？
• RQ5 通过多波段尘埃连续谱建模，所约束的假定AGN环模式的几何结构与尺寸为何？

主要发现

• ALMA以20–35 pc的分辨率解析了NGC 1068中的致密分子气体，揭示了核周盘（CND）中存在一个质量巨大的分子外流，其质量外流速率为63⁺²¹₋₃₇ M☉ yr⁻¹。
• 该外流速率超出CND中恒星形成速率一个数量级，证实该外流为AGN驱动而非恒星形成驱动。
• 外流在空间与运动学上与电离气体星云及射电喷流相关联，表明其在AGN电离圆锥扫过CND时被激发。
• 由于外流的高质量载荷速率，CND的气体耗尽timescale ≤1 Myr，表明气体被快速消耗。
• 尘埃连续谱与多波段建模表明环模式半径为20⁺⁶₋₁₀ pc，与AGN统一模型一致。
• 对CO(3–2)速度场的傅里叶分解揭示，在星系棒与星暴环中存在向内的径向流动，而CND与弓形激波区则在旋转运动之上叠加了向外的径向运动，与外流激发一致。