[论文解读] Radio jets and outflows of cold gas

R. Morganti|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文研究了射电喷流在活动星系核宿主星系中驱动冷气体多相外流（包括原子态（HI）和分子态（CO））的作用。利用高灵敏度射电观测，研究发现冷气体外流，尤其是分子相，具有极高的质量外流速率（在Mrk231中高达600 M☉ yr⁻¹），表明活动星系核喷流是主要驱动力。这些外流可能代表一种关键的反馈机制，其中HI可能作为原子气体冷却并转化为分子气体过程中的中间冷却相。

ABSTRACT

Massive gas outflows are considered a key component in the process of galaxy formation and evolution. It is, therefore, not surprising that a lot of effort is going in quantifying their impact via detailed observations. This short contribution presents recent results obtained from HI and CO observations of different objects where the AGN - and in particular the radio jet - is likely playing an important role in producing the gas outflows. These preliminary results are reinforcing the conclusion that these outflows have a complex and multiphase structure where cold gas in different phases (atomic and molecular) is involved and likely represent a major component. These results will also provide important constraints for establishing how the interaction between AGN/radio jet and the surrounding ISM occurs and how efficiently the gas should cool to produce the observed properties of the outflowing gas. HI likely represents an intermediate phase in this process, while the molecular gas would be the final stage. Whether the estimated outflow masses match what expected from simulations of galaxy formation, it is still far from clear.

研究动机与目标

• 研究射电喷流在活动星系核宿主星系中驱动冷气体外流的作用。
• 量化射电loud活动星系核中原子（HI）和分子（CO）气体的质量外流速率。
• 确定冷气体外流是否与星系形成模拟中的反馈模型一致。
• 探讨不同活动星系核类型中多相外流的运动学与结构复杂性。
• 评估HI是否在气体外流过程中作为原子气体冷却并转化为分子气体的中间相。

提出的方法

• 利用单镜面和干涉射电望远镜进行深度HI 21 cm吸收线观测，检测表明外流存在的蓝移速度分量。
• 使用APEX及其他亚毫米波设施进行CO(1-0)、CO(2-1)和更高阶跃迁线观测，追踪分子气体的运动学。
• 分析光谱轮廓中的不对称特征（如蓝移翼），以识别外流气体组分。
• 结合多波段数据（射电、FIR、中红外）将外流特征与射电喷流结构及热点相关联。
• 基于线流量、速度弥散度和覆盖因子估算，计算质量外流速率，以量化反馈影响。
• 将观测到的外流特性与活动星系核反馈的理论模型及外流中冷却过程进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在射电loud活动星系核中，原子（HI）和分子（CO）气体对总质量外流速率的贡献如何？
• RQ2 HI和CO外流的运动学特性如何与射电喷流及热点位置相关联？
• RQ3 观测到的冷气体外流是否与活动星系核驱动的反馈模型一致，特别是在能量与质量预算方面？
• RQ4 在气体外流过程中，HI是否作为原子气体冷却并转化为分子气体的中间相？
• RQ5 尽管具有极高的外流速率，为何此类大规模冷外流在早期型星系中仍罕见？

主要发现

• 在Mrk231中，检测到HI吸收谱线中的蓝移翼，表明存在与已知分子外流相关的外流原子气体。
• Mrk231中的分子气体外流质量外流速率在标准假设下超过600 M☉ yr⁻¹，若应用光学薄修正则低于100 M☉ yr⁻¹，表明其可能具有主导的活动星系核起源。
• Mrk231中的HI质量外流速率适中（约10 M☉ yr⁻¹），远低于分子组分，表明分子气体主导了质量外流。
• 在IC 5063中，CO(2-1)谱线的蓝移翼证实了分子外流的存在，总质量约为10⁷ M☉，与HI外流质量（约3×10⁶ M☉）相当，两者均超过暖电离气体外流的质量。
• 在3C 305中，CO速度弥散度增强，并在射电热点位置附近检测到微弱的蓝移翼，表明喷流与星际介质的相互作用驱动了分子外流。
• 在NGC 1266中，发现了一股质量约为2.4×10⁷ M☉的庞大分子外流，质量外流速率为约13 M☉ yr⁻¹，表明其耗尽 timescale 约为85 Myr，尽管射电光度较低，仍与活动星系核驱动的起源一致。