通过 ALCHEMI 激发分析看 NGC253 中心分子区的体密度结构

我们利用 ALMA 大计划 ALCHEMI 的数据，对星暴星系 NGC 253 的中心分子区（CMZ）进行了空间分辨的激发分析，从而探索区分 NGC 253 与宁静银河系银心（GC）的参数。采用分层贝叶斯框架的非 LTE 分析被应用于来自九种分子物质的 Band 3-7 跃迁，以在 27 pc 分辨率上描绘柱密度（$N_\mathrm{H_2}$）、体密度（$n_\mathrm{H_2}$）和温度（$T_\mathrm{kin}$）的位置-位置-速度分布。我们探测到两个不同成分：低密度成分 $(n_\mathrm{H_2},\ T_\mathrm{kin})\sim(10^{3.3}\ \mathrm{cm}^{-3}, 85 K)$ 与高密度成分 $(n_\mathrm{H_2},\ T_\mathrm{kin})\sim (10^{4.4}\ \mathrm{cm}^{-3}, 110\ \mathrm{K})$，二者在 $n_\mathrm{H_2}\sim10^{3.8}\ \mathrm{cm}^{-3}$ 处分隔。NGC 253 的高密度气体质量约为 GC 的 $\sim10$ 倍，致密气体质量分数约为 GC 的 $\sim3$ 倍。这些性质与其 HCN/CO 比值一致，但仅凭其无法解释二者星形成效率（SFEs）约 $\sim30$ 倍的差异，这与致密气体质量到星形成率的标度律相矛盾。NGC 253 方向的 $n_\mathrm{H_2}$ 直方图在直至 $n_\mathrm{H_2}\sim10^6\ \mathrm{cm}^{-3}$ 前呈现平缓下降斜率，而 GC 的直方图在 $n_\mathrm{H_2}\gtrsim10^{4.5}\ \mathrm{cm}^{-3}$ 处急剧跌落，并在 $10^5\ \mathrm{cm}^{-3}$ 处消失。当将致密气体的阈值 $n_\mathrm{H_2}$ 取为 $\sim 10^{4.2\mbox{-}4.6}\ \mathrm{cm}^{-3}$ 时，它们的致密气体质量分数比与其 SFEs 变得一致。NGC 253 CMZ 中该密度范围以上气体的丰富丰度，或 GC 中的稀缺，可能是刻画两星系中心对比星形成的关键差异。