z=4 处亚毫米星系中存在团块状旋转气体盘的证据

我们展示了 Karl G. Jansky 甚大阵列（VLA）对 z=4.05 亚毫米星系（SMG）GN20 中 CO(2-1) 发射的观测结果。这些高分辨率数据使我们能够在宇宙大爆炸后仅 1.6 Gyr 时，以 1.3 kpc 的分辨率对分子气体进行成像。数据以前所未有的细节揭示了一个直径为 14 +/- 4 kpc 的团块状扩展气体储库。动力学分析表明，数据与总动力学质量为 $5.4 \pm 2.4 \times 10^{11} M_\odot$ 的旋转盘一致。我们利用这一动力学质量估计来约束 CO 到 $H_2$ 的质量转换因子（$\alpha_{CO}$），发现 $\alpha_{CO}=1.1 \pm 0.6 M_\odot (K \ km \ s^{-1} \ pc^2)^{-1}$。我们在 GN20 的盘中识别出五个不同的分子气体团块，其质量为总气体质量的百分之几，亮温度为 16-31K，面密度大于 $3,200-4,500 \times (\alpha_{CO}/0.8) M_\odot \ pc^{-2}$。维里质量估计表明它们可能是自引力的，我们将它们的 CO 到 $H_2$ 质量转换因子约束为 $<0.2-0.7 M_\odot (K \ km \ s^{-1} \ pc^2)^{-1}$。多波段比较表明，分子气体集中在星系中一个在静止帧紫外/光学波段被严重遮蔽的区域。我们研究了空间分辨的气体激发，发现 CO(6-5)/CO(2-1) 比率随半径保持恒定，这与恒星形成发生在盘的大部分区域一致。我们在 SMG 不同供气情景的背景下讨论了我们要结果的含义。