{"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":null,"pages":null},"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+(4−3)′ ), and luminosity ratio of LHCN (4-3)′/LHCO+(4−3)′ 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+(4−3)′ have moderate correlations with L[C I](2-1)′/LCO (1-0)′ and R [CI] , while LHCN (4-3)′/LHCO+(4−3)′ does not show any significant correlations with any of the [C i ]-CO ratios. We compare the LHCN (4-3)′/LHCO+(4−3)′ ratios of AGN and SF galaxies, and find that although the higher LHCN (4-3)′/LHCO+(4−3)′ ratios are mainly found in AGN, the majority of the LHCN (4-3)′/LHCO+(4−3)′ values in SF galaxies are comparable to those in AGN. Based on our findings, it appears that the LHCN (4-3)′/LHCO+(4−3)′ ratio may not be a reliable indicator of the presence of an AGN, although further investigation is needed to confirm this conclusion.
求助内容：
应助结果提醒方式：
京公网安备 11010802042870号
