[论文解读] SAGAN-II : Molecular gas content of giant radio galaxies

Pratik Dabhade, F. Combes+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用 4

一句话总结

本研究利用IRAM-30m望远镜对12个巨型射电星系（GRGs）的分子气体含量进行观测，以评估其燃料供给机制与恒星形成效率。其中3个GRGs在CO谱线中被检测到，结果表明大多数GRGs处于主序列或被动阶段，而两个GRGs表现出较短的气体耗尽时间（约200 Myr），暗示近期存在与AGN重启或环境相互作用相关的气体燃料供给。

ABSTRACT

Radio galaxies with jets of relativistic particles are usually hosted by massive elliptical galaxies with active nuclei powered by accretion of interstellar matter onto a supermassive black hole. In some rare cases (<5%), their jets drive the overall structure to sizes larger than 700 kpc, and they are called giant radio galaxies (GRGs). A very small fraction of the population of such radio galaxies contains molecular and atomic gas in the form of rings or discs that can fuel star formation. The origin of this gas is not well known; it has sometimes been associated with a minor merger with a gas-rich disc galaxy (e.g. Centaurus A) or cooling of material from a hot X-ray atmosphere (e.g. cooling flows). The giant radio jets might be the extreme evolution of these objects, and they can teach us about the radio galaxy evolution. We selected 12 targets from a catalogue of 820 GRGs that are likely to be in a gas-accretion and star formation phase. The targets were selected from the mid-infrared to contain heated dust. We report here the results of IRAM-30m observations, the molecular gas content, and the star formation efficiency, and we discuss the origin of the gas and disc morphology. Three out of our 12 targets are detected, and for the others, we report significant upper limits. We combine our three detections and upper limits with four additional detected GRGs from the literature to discuss the results. Most of the GRG targets belong to the main sequence, and a large fraction are in the passive domain. Their star formation efficiency is comparable to normal galaxies, except for two galaxies that are deficient in molecular gas with a short (~200Myr) depletion time, and a quiescent gas-rich giant spiral galaxy. In general, the depletion time is much longer than the lifetime of the giant radio jet.

研究动机与目标

• 确定从820个GRGs的星表中选出的12个巨型射电星系的分子气体含量。
• 评估GRGs中的恒星形成效率与气体耗尽时间，以理解AGN与喷流活动的燃料供给机制。
• 研究环境因素（如星系团相互作用或小质量并合）在触发GRGs中气体吸积与AGN活动中的作用。
• 将GRGs的性质与主序列星系和星暴星系进行比较，以评估其演化状态与燃料供给效率。
• 识别CO检测与重启AGN活动之间的潜在关联，尤其关注低光度、长寿命射电源中的情况。

提出的方法

• 基于中红外过量选择12个GRGs，该特征表明存在受热的尘埃，可能暗示正在进行的恒星形成或AGN活动。
• 利用IRAM-30m望远镜进行CO(1-0)和CO(2-1)谱线观测，以检测分子气体并测量其运动学与分布特性。
• 分析谱线轮廓，识别双峰线型特征（指示旋转盘结构），并采用指数盘模型拟合以估算半光半径。
• 将本研究样本与文献中已检测到CO的4个GRGs合并，以增强统计功效并提高对气体含量与恒星形成效率的约束力。
• 基于Saintonge等人（2017）与Combes等人（2011）的数据，将GRGs的SFR与分子气体含量与相同红移下的主序列（MS）星系和星暴星系进行比较。
• 采用气体耗尽时间（t_dep = M_gas / SFR）作为关键诊断指标，以评估GRGs的燃料供给效率与演化状态。

实验结果

研究问题

• RQ1 在12个巨型射电星系的代表性样本中，其分子气体含量如何？与正常恒星形成星系相比有何差异？
• RQ2 GRGs中的恒星形成效率与气体耗尽时间如何？它们与射电喷流年龄之间有何关系？
• RQ3 GRGs中的CO检测是否与重启AGN活动或环境触发因素（如小质量并合或星系团相互作用）相关？
• RQ4 GRGs中分子气体组分（如盘状、环状结构）的形态如何与正常星系或星暴星系中的形态相比较？
• RQ5 GRGs在多大程度上遵循恒星形成主序列？有多少比例处于被动或休眠状态？

主要发现

• 在CO(1-0)与CO(2-1)谱线中检测到3个GRGs：巨型螺旋星系GRG-J2345−0449，以及在R2-8与R2-9中获得的疑似检测结果。
• GRG-J2345−0449中的分子气体最适于用指数盘模型描述，其半光半径与恒星成分相近，表明其具有有序、旋转的结构。
• 在合并样本的16个GRGs中（本研究12个 + 文献中4个），8个位于主序列，7个处于被动区域，4个被分类为星暴。
• 大多数GRGs的恒星形成效率与正常星系相当，但有两个表现出较短的耗尽时间（约200 Myr），表明气体被快速消耗。
• 耗尽时间较短的两个GRGs（740 Myr与280 Myr）与近期的星暴及AGN活动相关，表明存在活跃的燃料供给过程。
• 在7个CO检测到的GRGs中，有4个被分类为重启射电星系，表明分子气体可能最近重新为AGN提供了燃料，且环境因素可能在燃料供给过程中起关键作用。