[论文解读] The hidden heart of the luminous infrared galaxy IC 860 I. A molecular inflow feeding opaque, extreme nuclear activity

S. Aalto, S. Müller+20 more|Data Archiving and Networked Services (DANS)|May 17, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 59被引用 13

一句话总结

本研究利用高分辨率ALMA和VLA观测，揭示了在明亮红外星系IC 860中，一个致密的分子流入正在供给一个被遮蔽的、极端的核区源。核心区域存在一个紧凑、不透明的尘埃连续成分（T_B > 160 K，r ≈ 8 pc，T_d ≈ 280 K，N(H₂) > 10²⁶ cm⁻²），并显示出100 km s⁻¹的核区速度梯度，HCN-VIB谱线表明存在流入（v_in < 50 km s⁻¹）以及一个隐藏的、缓慢的致密喷流，暗示在快速演化、富含气体的核区中，反馈过程正处于早期阶段。

ABSTRACT

High-resolution (0."03 - 0."09) (9 - 26 pc)) ALMA (100 - 350 GHz (3 - 0.8 mm)) and VLA 45 GHz measurements have been used to image continuum and spectral line emission from the inner region of the nearby infrared luminous galaxy IC 860. We detect compact (r=8-10 pc), luminous, mm continuum emission in the core of IC 860, with brightness temperatures $T_{ m B}&gt;$ 280 K. The 45 GHz continuum is equally compact, but fainter in flux. We suggest that the 3 to 0.8 mm continuum is opaque at mm-wavelengths, implying a very large H$_2$ column density $N$(H$_2$) of 1e26 cm-2, and that it emerges from hot dust with temperature $T_{ m d} \sim 280$ K. Vibrationally excited lines of HCN $ν_2$=1f J=4-3 and 3-2 (HCN-VIB) are seen in emission and resolved on scales of 40-50 pc. The HCN-VIB emission reveals a north-south nuclear velocity gradient with projected rotation velocities of v=100 kms$^{-1}$ at r=10 pc. The brightest HCN-VIB emission is oriented perpendicular to the velocity gradient. Ground state lines of HCN 3-2, 4-3, HC$^{15}$N 4-3, HCO$^+$ 3-2, 4-3 and CS 7-6, show complex line absorption and emission features. HCN and HCO$^+$ have red-shifted, reversed P-Cygni profiles consistent with gas inflows of $\sim$50 kms$^{-1}$. The absorption features can be traced from the north-east into the nucleus. In contrast, CS 7-6 shows blue-shifted line wings extending to -180 kms$^{-1}$. We suggest that a dense and slow outflow is hidden behind a foreground layer of inflowing gas. It appears that the centre of IC 860 is in a phase of rapid evolution where an inflow is building up the nuclear column density of gas. A slow, dense outflow may be signalling the onset of feedback. The inner, r=10 pc, IR luminosity can be powered by an accreting black hole and/or a compact starburst with a top-heavy initial mass function.

研究动机与目标

• 调查明亮红外星系IC 860中被遮蔽的极端核活动的本质。
• 确定核区紧凑、明亮的毫米波连续辐射的起源及其运动学特征。
• 利用高光谱和空间分辨率的谱线数据，探测分子气体流入和喷流的存在与结构。
• 在高尘埃柱密度的背景下，评估AGN与星暴活动对核区亮度的贡献。
• 理解在深度嵌入、快速演化的核区中，反馈过程的启动机制。

提出的方法

• 在100–350 GHz（3–0.8 mm）波段进行高分辨率（0.03–0.09 arcsec）ALMA观测，以成像IC 860内100 pc范围内的毫米波连续辐射和谱线辐射。
• 利用补充的VLA 45 GHz连续辐射观测，在厘米波段进行比较，以评估辐射机制。
• 分析振动激发的HCN（ν₂ = 1f）J=4–3和3–2谱线，以及HCN、HCO⁺、CS和HC¹⁵N的基态谱线，以追踪气体运动学和光学厚度效应。
• 假设单一温度、平滑的尘埃分布并采用标准的尘气比（1/100），对连续辐射进行建模，并从亮度温度和通量密度估算尘埃温度和柱密度。
• 对HCN-VIB辐射进行运动学建模，基于盘面倾角假设，推断旋转速度和动力学质量（在r = 10 pc处，M_dyn ≈ 9×10⁷ M⊙）。
• 通过P-Cygni轮廓和蓝移线翼的解释，推断流入和喷流组分，同时关注光学厚度和谱线饱和效应的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 IC 860核区紧凑、明亮的毫米波连续辐射的起源是什么？
• RQ2 IC 860内100 pc范围内分子气体的运动学结构和质量分布如何？
• RQ3 是否存在分子流入供给中心引擎的证据？其速度和柱密度如何？
• RQ4 观测到的谱线轮廓（P-Cygni、蓝移翼）的性质是什么？它们如何约束喷流的存在？
• RQ5 在被遮蔽的核区中，主导能源是AGN还是星暴？这对初始质量函数有何含义？

主要发现

• 在核区检测到一个紧凑、明亮的3–0.8 mm连续辐射源，其亮度温度T_B > 160 K，与半径r ≈ 8 pc处的热尘埃（T_d ≈ 280 K）一致。
• 尘埃在毫米波段光学厚，暗示H₂柱密度极高，N(H₂) > 10²⁶ cm⁻²。
• 振动激发的HCN（ν₂ = 1f）J=4–3和3–2谱线呈现环状结构，因中心区域线/连续辐射比减小，表明光学厚度高，且激发温度与连续辐射温度匹配。
• 观测到南北向的核区速度梯度，在r = 10 pc处投影旋转速度约为v ≈ 100 km s⁻¹，HCN-VIB 3–2谱线的峰值亮度温度比连续辐射高出115 K。
• HCN和HCO⁺谱线中出现反转的P-Cygni轮廓，表明存在一个致密、缓慢的流入，速度v_in < 50 km s⁻¹，从东北方向延伸进入核区。
• CS 7–6谱线的蓝移翼延伸至-180 km s⁻¹，暗示存在一个隐藏的、致密的、缓慢的喷流，位于前方流入气体层之后，可能标志着反馈过程的启动。