[论文解读] Molecules as tracers of galaxy evolution: an EMIR survey. I. Presentation of the data and first results

F. Costagliola, S. Aalto+11 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 11, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用 59

一句话总结

本研究利用EMIR在3毫米波段的宽带观测，对23个星系中的分子气体进行了调查，识别出星系演化的化学示踪剂。主要发现包括：HNC/HCN比值偏低，与PDR/XDR模型不一致；在HCO+辐射较弱的星系中检测到明亮的HC3N，表明存在嵌入式恒星形成而非活动星系核（AGN）活动；以及线强度比与尘埃温度或红外 luminosity 之间存在相关性。

ABSTRACT

We investigate the molecular gas properties of a sample of 23 galaxies in order to find and test chemical signatures of galaxy evolution and to compare them to IR evolutionary tracers. Observation at 3 mm wavelengths were obtained with the EMIR broadband receiver, mounted on the IRAM 30 m telescope on Pico Veleta, Spain. We compare the emission of the main molecular species with existing models of chemical evolution by means of line intensity ratios diagrams and principal component analysis. We detect molecular emission in 19 galaxies in two 8 GHz-wide bands centred at 88 and 112 GHz. The main detected transitions are the J=1-0 lines of CO, 13CO, HCN, HNC, HCO+, CN, and C2H. We also detect HC3N J=10-9 in the galaxies IRAS 17208, IC 860, NGC 4418, NGC 7771, and NGC 1068. The only HC3N detections are in objects with HCO+/HCN<1 and warm IRAS colours. Galaxies with the highest HC3N/HCN ratios have warm IRAS colours (60/100 μm>0.8). The brightest HC3N emission is found in IC 860, where we also detect the molecule in its vibrationally excited state.We find low HNC/HCN line ratios (<0.5), that cannot be explained by existing PDR or XDR chemical models. Bright HC3N emission in HCO+-faint objects may imply that these are not dominated by X-ray chemistry. Thus the HCN/HCO+ line ratio is not, by itself, a reliable tracer of XDRs. Bright HC3N and faint HCO+ could be signatures of embedded starformation, instead of AGN activity.

研究动机与目标

• 利用分子线辐射研究23个星系中的分子气体性质，以追踪星系演化。
• 通过线强度比测试星暴和活动星系核（AGN）活动的化学特征。
• 评估HCN/HCO+和HNC/HCN比值作为X射线主导区（XDR）和光致游离区（PDR）示踪剂的可靠性。
• 探索明亮红外星系（LIRGs）中分子发射、尘埃温度和红外 luminosity 之间的关联。
• 识别HC3N和CN等分子物种作为星系核物理条件的潜在指标。

提出的方法

• 使用IRAM 30米望远镜上的EMIR宽带接收机进行3毫米波段的连续谱和线发射观测。
• 测量关键跃迁线的线强度：CO(1-0)、13CO(1-0)、HCN(1-0)、HNC(1-0)、HCO+(1-0)、CN(1-0)、C2H(1-0)，以及HC3N(10-9)。
• 构建线强度比图（如HNC/HCN、HCO+/HCN），并与PDR和XDR化学模型进行比较。
• 应用主成分分析，识别样本中分子发射的主要趋势。
• 将分子线强度比与尘埃温度及IRAS颜色相关联，以评估星系的演化阶段。
• 利用空间未分辨的单镜面数据推断整体气体条件，同时承认光束平均发射带来的局限性。

实验结果

研究问题

• RQ1 HCN/HCO+和HNC/HCN线强度比是否能可靠地区分XDR主导的AGN环境与PDR主导的星暴环境？
• RQ2 在HCO+发射较弱的星系中，HC3N发射为何显著，这是否表明存在嵌入式恒星形成？
• RQ3 CO/13CO和CN/C18O等线强度比如何与尘埃温度和红外 luminosity 相关？
• RQ4 为何HNC/HCN比值在样本中始终低于0.5？现有化学模型能否解释这一现象？
• RQ5 观测到的趋势在多大程度上由光学厚度、激发条件或分子气体真实丰度变化驱动？

主要发现

• 在五個星系中檢測到HC3N J=10–9：IRAS 17208、IC 860、NGC 4418、NGC 7771 和 NGC 1068，其中IC 860的發射最強。
• HC3N/HCN比值最高的星系具有較暖的IRAS色溫（60/100 μm > 0.8），且所有HC3N檢測均發生在HCO+/HCN < 1的源中。
• HNC/HCN線強度比在整個樣本中始終低於0.5，此結果無法由現有的PDR或XDR化學模型解釋。
• HCO+與HNC強度呈反相關：HCO+/HCN比值較低時，HNC/HCN比值較高，暗示化學或激發條件不同。
• CO/13CO強度比與塵埃溫度正相關，通常約為20，超過銀河系的值。
• CN與C18O發射呈正相關，可能由共同的豐度趨勢或星暴活動導致的富集引起。