Dense gas star formation efficiency and the LHCN (4−3)′/LHCO+(4−3)′ ratio: insights from a statistical study of infrared bright star-forming galaxies

IF 2.6 3区 物理与天体物理 Q2 ASTRONOMY & ASTROPHYSICS
Qian Jiao, Yu Gao, Qinghua Tan, Yang Gao
{"title":"Dense gas star formation efficiency and the LHCN (4−3)′/LHCO+(4−3)′ ratio: insights from a statistical study of infrared bright star-forming galaxies","authors":"Qian Jiao, Yu Gao, Qinghua Tan, Yang Gao","doi":"10.3389/fspas.2023.1246978","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"We present a statistical study on dense molecular gas tracers of HCN (4–3), HCO + (4–3) lines and molecular tracers of [C i ], and CO observations for a sample of 26 infrared bright star-forming (SF) galaxies. We investigate the dependence of dense gas star formation efficiency traced by HCN (4–3), HCO + (4–3) (that is <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m2\"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>IR</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> , and <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m3\"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>IR</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> ), and luminosity ratio of <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m4\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> on [C i ]-CO ratios of <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m5\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtext>C I</mml:mtext><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>CO </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> , <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m6\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtext>C I</mml:mtext><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>CO </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m7\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtext>C I</mml:mtext><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtext>C I</mml:mtext><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> (hereafter R [CI] ) which are sensitive to interstellar medium conditions. Our findings show that both <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m8\"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>IR</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m9\"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>IR</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> have moderate correlations with <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m10\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtext>C I</mml:mtext><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>CO </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>0</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> and R [CI] , while <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m11\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> does not show any significant correlations with any of the [C i ]-CO ratios. We compare the <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m12\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> ratios of AGN and SF galaxies, and find that although the higher <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m13\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> ratios are mainly found in AGN, the majority of the <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m14\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> values in SF galaxies are comparable to those in AGN. Based on our findings, it appears that the <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\" id=\"m15\"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>HCN </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">H</mml:mi><mml:mi mathvariant=\"normal\">C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant=\"normal\">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width=\"0.3333em\" /><mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant=\"normal\">4</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn mathvariant=\"normal\">3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy=\"false\">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math> ratio may not be a reliable indicator of the presence of an AGN, although further investigation is needed to confirm this conclusion.","PeriodicalId":46793,"journal":{"name":"Frontiers in Astronomy and Space Sciences","volume":"203 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":2.6000,"publicationDate":"2023-10-03","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Frontiers in Astronomy and Space Sciences","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.3389/fspas.2023.1246978","RegionNum":3,"RegionCategory":"物理与天体物理","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"Q2","JCRName":"ASTRONOMY & ASTROPHYSICS","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0

Abstract

We present a statistical study on dense molecular gas tracers of HCN (4–3), HCO + (4–3) lines and molecular tracers of [C i ], and CO observations for a sample of 26 infrared bright star-forming (SF) galaxies. We investigate the dependence of dense gas star formation efficiency traced by HCN (4–3), HCO + (4–3) (that is LIR/LHCN (4-3) , and LIR/LHCO+(43) ), and luminosity ratio of LHCN (4-3)/LHCO+(43) on [C i ]-CO ratios of L[C I] (1-0)/LCO (1-0) , L[C I] (2-1)/LCO (1-0) and L[C I] (2-1)/L[C I] (1-0) (hereafter R [CI] ) which are sensitive to interstellar medium conditions. Our findings show that both LIR/LHCN (4-3) and LIR/LHCO+(43) have moderate correlations with L[C I] (2-1)/LCO (1-0) and R [CI] , while LHCN (4-3)/LHCO+(43) does not show any significant correlations with any of the [C i ]-CO ratios. We compare the LHCN (4-3)/LHCO+(43) ratios of AGN and SF galaxies, and find that although the higher LHCN (4-3)/LHCO+(43) ratios are mainly found in AGN, the majority of the LHCN (4-3)/LHCO+(43) values in SF galaxies are comparable to those in AGN. Based on our findings, it appears that the LHCN (4-3)/LHCO+(43) ratio may not be a reliable indicator of the presence of an AGN, although further investigation is needed to confirm this conclusion.
致密气体恒星形成效率和LHCN(4−3)' /LHCO+(4−3)'比值:来自红外明亮恒星形成星系统计研究的见解
本文对26个红外明亮恒星形成(SF)星系的HCN(4-3)、HCO +(4-3)谱线的致密分子气体示踪剂和[C i]的分子示踪剂进行了统计研究,并对CO观测结果进行了分析。我们研究了HCN(4-3)、HCO+(4 -3)(即LIR/LHCN(4-3) '和LIR/LHCO+(4 -3) ')和LHCN(4-3) '的光度比对星际介质条件敏感的L[C i] (1-0) ' /LCO(1-0) '、L[C i] (2-1) ' /LCO(1-0) '和L[C i] (2-1) ' /L[C i](1-0) '(以下简称R [CI])的[C i]-CO比值的依赖关系。我们的研究结果表明,LIR/LHCN(4-3) '和LIR/LHCO+(4 -3) '与L[C I] (2-1) ' /LCO(1-0) '和R [CI]具有中等相关性,而LHCN (4-3) ' /LHCO+(4 -3) '与任何[CI] -CO比值均无显著相关性。我们比较了AGN和SF星系的LHCN(4-3)′/LHCO+(4−3)′比值,发现虽然较高的LHCN(4-3)′/LHCO+(4−3)′比值主要出现在AGN中,但SF星系的LHCN(4-3)′/LHCO+(4−3)′值与AGN中的大部分LHCN(4-3)′值相当。根据我们的研究结果,LHCN (4-3) ' /LHCO+(4 -3) '比率可能不是AGN存在的可靠指标,尽管需要进一步的研究来证实这一结论。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
求助全文
约1分钟内获得全文 求助全文
来源期刊
Frontiers in Astronomy and Space Sciences
Frontiers in Astronomy and Space Sciences ASTRONOMY & ASTROPHYSICS-
CiteScore
3.40
自引率
13.30%
发文量
363
审稿时长
14 weeks
×
引用
GB/T 7714-2015
复制
MLA
复制
APA
复制
导出至
BibTeX EndNote RefMan NoteFirst NoteExpress
×
提示
您的信息不完整,为了账户安全,请先补充。
现在去补充
×
提示
您因"违规操作"
具体请查看互助需知
我知道了
×
提示
确定
请完成安全验证×
copy
已复制链接
快去分享给好友吧!
我知道了
右上角分享
点击右上角分享
0
联系我们:info@booksci.cn Book学术提供免费学术资源搜索服务,方便国内外学者检索中英文文献。致力于提供最便捷和优质的服务体验。 Copyright © 2023 布克学术 All rights reserved.
京ICP备2023020795号-1
ghs 京公网安备 11010802042870号
Book学术文献互助
Book学术文献互助群
群 号:481959085
Book学术官方微信