[论文解读] Winds of change - a molecular outflow in NGC 1377? The anatomy of an extreme FIR-excess galaxy

S. Aalto, S. Müller+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 37被引用 37

一句话总结

本研究利用高分辨率亚毫米波阵列（SMA）对12 CO和13 CO 2–1跃迁线的观测，识别出极端FIR超量星系NGC 1377中一个年轻且紧凑的分子喷流。该喷流的质量喷流速率超过8 M⊙ yr⁻¹，年龄约为1.4 Myr，表明其起源于被尘埃包裹的隐藏源产生的辐射压驱动的早期核活动——极有可能是年轻的AGN或超新星爆发前的星暴活动，暗示中心气体将在5–25 Myr内迅速清除。

ABSTRACT

We use high (0."65 x 0."52,(65x52pc)) resolution SubMillimeter Array (SMA) observations to image the CO and 13CO 2-1 line emission of the extreme FIR-excess galaxy NGC 1377. We find bright, complex CO 2-1 line emission in the inner 400 pc of the galaxy. The CO 2-1 line has wings that are tracing a kinematical component which appears perpendicular to that of the line core. Together with an intriguing X-shape of the integrated intensity and dispersion maps, this suggests that the molecular emission of NGC 1377 consists of a disk-outflow system. Lower limits to the molecular mass and outflow rate are M_out(H2)>1e7 Msun and dM/dt>8 Msun/yr. The age of the proposed outflow is estimated to 1.4Myrs, the extent to 200pc and the outflow speed to 140 km/s. The total molecular mass in the SMA map is estimated to M_tot(H2)=1.5e8 Msun (on a scale of 400 pc) while in the inner r=29 pc the molecular mass is M_core(H2)=1.7e7 Msun with a corresponding H2 column density of N(H2)=3.4e23 cm-2 and an average CO 2-1 brightness temperature of 19K. Observing the molecular properties of the FIR-excess galaxy NGC 1377 allows us to probe the early stages of nuclear activity and the onset of feedback in active galaxies. The age of the outflow supports the notion that the current nuclear activity is young - a few Myrs. The outflow may be powered by radiation pressure from a compact, dust enshrouded nucleus, but other driving mechanisms are possible. The buried source may be an AGN or an extremely young (1Myr) compact starburst. Limitations on size and mass lead us to favour the AGN scenario, but further studies are required to settle the issue. In either case, the wind with its implied mass outflow rate will quench the nuclear power source within a very short time of 5-25 Myrs. It is however possible that the gas is unable to escape the galaxy and may eventually fall back onto NGC 1377 again.

研究动机与目标

• 研究NGC 1377中分子气体的分布与运动学特性，该星系为具有隐藏核源的极端FIR超量星系。
• 通过分析高分辨率分子线辐射，确定核活动的性质及其演化状态。
• 评估观测到的喷流是否由紧凑且被遮蔽的AGN产生的辐射压驱动，或由年轻的星暴活动驱动。
• 估算分子质量、喷流速率和动力学年龄，以约束反馈机制及其演化时间线。
• 评估喷流是否将在数百万年内清除中心气体储备，以及气体是否会最终回落以再次触发未来活动。

提出的方法

• 对12 CO和13 CO 2–1转动能级进行高分辨率（0.′′65 × 0.′′52）和低分辨率（4.′′88 × 2.′′93）的亚毫米波阵列（SMA）观测。
• 分析线发射的形态、速度结构及空间取向，以识别盘-喷流动力学特征。
• 利用X形积分强度图和速度 dispersion 图，推断喷流的几何构型与准直性。
• 使用标准的12 CO到H₂转换因子估算分子质量，同时对光学厚度和 beam 填充因子进行修正。
• 基于运动学和空间约束，计算喷流参数：质量喷流速率、速度、范围、张角和动力学年龄。
• 比较12 CO、13 CO和C 18 O线的强度，以评估光学厚度和气体条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1377中的分子发射是否与盘-喷流系统一致？其支持证据是什么？
• RQ2 观测到的分子喷流的动力学年龄是多少？它如何约束核活动的时间尺度？
• RQ3 喷流是由被隐藏的AGN产生的辐射压驱动，还是由年轻的紧凑星暴活动驱动？
• RQ4 总分子质量和质量喷流速率是多少？它们如何影响核区未来的演化？
• RQ5 喷流是否将在数百万年内清除中心气体储备？气体是否会最终回落以再次触发未来活动？

主要发现

• 12 CO 2–1线发射显示出一个复杂且运动学上独立的组分，其轮廓在核心两侧呈垂直延伸，表明存在盘-喷流系统。
• 喷流的最小质量超过1 × 10⁷ M⊙，质量喷流速率超过8 M⊙ yr⁻¹，动力学年龄约为1.4 Myr。
• 喷流延伸范围约200 pc，速度约为140 km s⁻¹，张角为60°–70°，位置角约为40°。
• SMA图像中总分子质量为1.5 × 10⁸ M⊙，其中中心29 pc区域内含1.7 × 10⁷ M⊙，面密度为3.4 × 10²³ cm⁻²。
• 12 CO 2–1的平均亮度温度为19 K，暗示动能温度的下限，但若填充因子小于1，则实际温度可能更高。
• 1 mm连续辐射发射较弱（2.4 mJy），且集中，未显著检测到C 18 O，表明光学厚度较低且气体处于高激发状态。