高红移分子气体的成像观测

我们针对下一代甚大阵列(ngVLA)的能力进行了模拟，以约 1 kpc 分辨率对典型高红移恒星形成星系的低阶 CO 发射进行成像。我们采用 M 51 的 CO 1-0 发射作为空间和动力学模板，并按红移、跃迁和总气体质量相应缩放。所研究的分子气体质量分别为 M 51 的 1.4、3.5 和 12.5 倍，对应红移 z = 0.5、2 和 4.2。z = 2 星系的气体质量与目前在最深的 ALMA 和 NOEMA 宇宙学 CO 谱线巡天中发现的质量最低星系相当，对应于恒星形成率约 10 至 100 $M_\odot$ yr$^{-1}$ 的星系。ngVLA 将对该盘上的气体分布和动力学在 1 kpc 分辨率下实现高质量成像。我们恢复了整体旋转曲线、星系取向性质和分子星际介质内部速度弥散。z = 4.2 的模型对应于一个大质量恒星形成主序盘(SFR ~ 130 $M_\odot$ yr$^{-1}$)。ngVLA 可在合理的积分时间内获得此类系统的 1 kpc 分辨率图像，并恢复基本的星系取向参数以及渐近最大旋转速度。我们将 ngVLA 的结果与 ALMA 和 Jansky VLA 的能力进行比较。ALMA 和 VLA 可探测这些星系的积分低阶 CO 发射，但缺乏在 1 kpc 尺度上恢复动力学的高分辨率成像灵敏度。使用现有设备做到这一点将需要每星系约 1000 小时。我们研究了一种“最小”ngVLA 配置，去除最长基线和大部极紧凑核心，发现仍可在 1 kpc 分辨率下实现良好成像。