[论文解读] The JCMT Nearby Galaxies Legacy Survey VI: The distribution of gas and star formation in M81

José Sánchez-Gallego, J. H. Knapen+13 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 23, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 48被引用 5

一句话总结

本研究首次完成了M81的完整12CO J=3-2图像，揭示了分子气体的低全球发射，其分布局限于旋臂区域。结合CO、Hα、H i、FUV和24 μm数据，证实了分子气体与恒星形成之间存在强烈相关性，线比（J=3-2/J=1-0）的平均值为0.43 ± 0.18，暗示氢密度为(10³–10⁴) cm⁻³，与典型星系条件一致。

ABSTRACT

We present a first complete 12 CO J=3-2 map of M81, observed as part of the Nearby Galaxies Legacy Survey being carried out at the James Clerk Maxwell Telescope. We detect 9 regions of significant CO emission located at different positions within the spiral arms, and confirm that the global CO emission in the galaxy is low. We combine these data with a new H-alpha map obtained using the Isaac Newton Telescope and archival HI, 24 microns and FUV images to uncover a correlation between the molecular gas and star forming regions in M81. For the nine regions detected in CO J=3-2, we combine our CO J=3-2 data with existing CO J=1-0 data to calculate line ratios. We find that the ratio J=(3-2)/(1-0) is in agreement with the range of typical values found in the literature (0.2-0.8). Making reasonable assumptions, this allows us to constrain the hydrogen density to the range (10^3-10^4) cm^{-3}. We also estimated the amount of hydrogen produced in photo-dissociation regions near the locations where CO J=3-2 was detected.

研究动机与目标

• 利用JCMT对M81在12CO J=3-2跃迁处的分子气体分布进行测绘。
• 研究分子气体与恒星形成示踪剂（Hα、FUV、24 μm）及原子氢（H i）之间的空间相关性。
• 测量CO J=3-2与J=1-0的线比，并推断检测区域的物理条件，如氢密度。
• 评估近CO发射区域光致解离区（PDRs）的存在及其性质。

提出的方法

• 作为近邻星系遗产调查的一部分，利用詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔望远镜（JCMT）获取了M81的完整12CO J=3-2图像。
• 使用威廉·赫歇尔望远镜获取了新的Hα发射图像，同时结合来自斯皮策望远镜及其他调查的档案H i、FUV和24 μm数据。
• 对比CO J=3-2与H i的谱线轮廓，以确认动力学一致性并验证CO检测结果。
• 对九个检测到的区域计算CO线比（J=3-2）/（J=1-0），并使用单组分辐射转移模型估算氢密度。
• 在CO检测区域附近识别候选光致解离区（PDRs），并估算其氢体积密度。
• 利用美国宇航局/喷气推进实验室河外星系数据库（NED）和THINGS调查数据，支持多波段分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在12CO J=3-2跃迁下，M81中的分子气体分布在何处？其分布与恒星形成示踪剂相比如何？
• RQ2 M81中CO J=3-2与J=1-0线强度之间的关系是什么？这反映了气体的何种物理条件？
• RQ3 M81中分子气体（CO J=3-2）的动力学特性与原子气体（H i）相比如何？
• RQ4 M81中的恒星形成在多大程度上与分子气体及其他示踪剂（如Hα和FUV）存在空间相关性？
• RQ5 M81中CO发射区域附近的光致解离区（PDRs）的物理特性，特别是氢体积密度，是怎样的？

主要发现

• 12CO J=3-2图像揭示了九个明显的发射区域，全部位于旋臂内，且集中在距星系中心D₂₅/2范围以内，证实了M81中分子气体的全球含量较低。
• （J=3-2）/（J=1-0）线比的平均值为0.43 ± 0.18，与其它星系的典型值一致，表明气体条件存在多样性。
• 由线比推导出的氢密度被限制在(10³–10⁴) cm⁻³范围内，最可能的值接近该范围的下限。
• CO J=3-2与H i的线轮廓在峰值速度和线宽上表现出良好一致性，证实了CO检测的可靠性，并表明两者具有相似的动力学特性。
• CO检测区域附近的光致解离区（PDRs）的氢体积密度范围为1至178 cm⁻³，其中在最高密度位置识别出一个紧凑、高密度的PDR。
• Hα与FUV发射表现出强烈的空间相关性，但并非所有FUV明亮区域都有Hα对应体，表明电离或消光效应可能存在差异。