Estudio submilimétrico de galaxias cercanas

Resumen

Se ha realizado el primer sondeo submilimetrico de fuentes extragalacticas observadas con el radiotelescopio APEX en la ventana atmosferica a 1mm cubriendo de 270-370GHz sobre las galaxias NGC 253, NGC 4945 y Arp220. Se ha detectado la emision desde la molecula para-H3O+ en el nucleo de NGC253, NGC4549 y Arp220 en dos lineas submilimetricas, a 307 GHz y 364 GHz. Ademas, nosotros hemos observado otra transicion submilimetrica de para-H3O+, una linea a 388 GHz, y una ortho-H3O+ transicion, la linea a 396 GHz en NGC253. Observaciones de lineas en el estado base de HIFI Herschel en el Far-IR son ademas presentadas. Hemos llevado a cabo un analisis multilinea de transiciones de emision de H3O+ en NGC 253. La excitacion en nuestro analisis LTE de H3O+ de NGC 253 muestra que todas las lineas no pueden ser ajustadas adecuadamente y que la linea de 364 GHz parece ser mas luminosa, sugiere que la columna de densidad derivada usando solo esta linea podria resultar sobrestimado. De nuestro analisis non-LTE de H3O+ en NGC 253 con RADEX encontramos que la excitacion colisional no puede explicar la intensidad observada de la linea otro 396GHz . Excitacion por radiacion proveniente del polvo en el Far-IR puede explicar aproximadamente las observaciones si la densidad de H2 son relativamente bajas. Nuestra densidad de columna derivada esta de acuerdo con con aquella derivada previamente usando lineas submilimetricas y de Far-IR para Arp 220, pero es un factor 25 mas pequeno que el derivado para NGC 253. De la densidad de columna derivada de H3O+ concluimos que la quimica de la molecula esta dominada por ionizacion producida por el brote de formacion estelar en NGC 253 (radiacion UV desde estrellas O) y Arp 220 (rayos cosmicos desde supernovas, y probable para la AGN NGC4945 (rayos-x)). Se encontro en la galaxia NGC 253, 150 Transiciones de 26 moleculas. Para NGC 4945, 136 transiciones de 24 moleculas, mientras que 64 transiciones de 17 moleculas de Arp220. Adicionalmente se revisaron los efectos de banda imagen y encontramos una fuerte linea de banda imagen de CO a 360GHz para NGC253. Se obtuvieron densidades de columna y temperaturas de rotacion determinadas a Equilibrio Termodinamico Local (LTE) usando el software MADCUBA_IJ. Se realizo una comparacion entre la quimica de NGC253, Arp 220 y NGC4945 a otras frecuencias encontrado por otros autores. La comparacion mostro la deteccion de N2H+, CN, y H3O+ para NGC253 en el presente trabajo y no fueron detectados antes en esa misma fuente; SO2, H3O+ para NGC4945 que no fueron detectadas por Wang et al. (2004). La diferencia entre los cocientes 32S/34S y 18O/17O entre el Centro Galactico (CG) y las galaxias de brotes de formacion estelar NGC 4945 y NGC 253 sugieren que el gas esta menos procesado en el ultimo que en el CG, lo cual es consistente con estudios previos (Martin et al. 2010, Armijos-Abendano et al. 2015). El alto cociente 18O/17O en las galaxias NGC 4945 y NGC 253 con material menos procesado comparado con el gas del CG es consistente con la sugerencia que 17O es mas representativo que 18O en nucleosintesis estelar (Wilson and Rood 1994). De la complejidad quimica observada en NGC 253 se ha propuesto (Martin et al. 2006, Aladro et al. 2010) que esta galaxia es starburst en una etapa intrmedia de evolucion. Esto podria indicar que la quimica y gran extension del calentamiento en NGC 4945 esta dominada por la starburst con un poco de influencia de el AGN. La emison de H3O+ surge de diferente region que las otras moleculas en el censo. Un posible escenario podria ser que mientras H3O+ esta principalmente concentrado alrededor de el agujero negro, las otras moleculas estan extendidas en una gran region donde la formacion de estrellas esta teniendo lugar. Esto es apoyado por la excitacion de H3O+ en gas con baja densidad. La diferencia entre los cocientes en la abundancia molecular entre ULIRG Arp220 y las galaxias starburst en nuestra muestra podria ser debido a la alta densidad de gas en Arp 220 el cual hace la excitacion del momento dipolar alto mas facil a 345 GHz en esta galaxia que en las otras dos galaxias. Se reporta, por primera vez, la deteccion tentativa del ion molecular HCNH+ en la galaxia NGC4945. Del limite superior a la intensidad de la linea de 370 GHz y la de 296 GHz derivamos un limite superior a la tempertura de excitacion de 35 K. La densidad de columna estimada en LTE para HCNH+ es 2.41x10^14 cm^-2, la cual corresponde a una abundancia de 3x10^-9, mucho mas grande que la estimada en el Centro Galactico de la Via Lactea. La gran abundancia de HCNH+, el precursor de HCN y HNC, podria naturalmente explicar el aumento de la abundancia de HCN en el AGN, debido al aumento de la taza de ionizacion por rayos-x.