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Molecular Gas Velocity Dispersion in Nearby Galaxies

Caldu Primo, Anahi

German Title: Geschwindigkeitsdispersion des Molekularen Gases in benachbarten Galaxien

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Abstract

Despite the fact that molecular gas in galaxies is the most essential ingredient for the star formation process, its thorough characterization has not yet been accomplished. A common assumption is that molecular gas emission (mostly traced by CO) arises from molecular clouds with observed velocity dispersions of 2-5 km/s. In this thesis, I present the results obtained from investigating the velocity dispersions measured in the molecular gas disks of nearby galaxies. On 0.5 kpc scales (the average spatial resolution), the measured CO velocity dispersions have a mean value of ~12 km/s (1sigma dispersion of 3.9 km/s). These values are higher than previously expected, and are comparable to those measured for neutral atomic gas. To investigate the origin of these large dispersions, a comparison between interferometric and single-dish line width measurements for NGC 4736 and NGC 5055 (at ~0.5 kpc resolution) and for the neighboring Andromeda galaxy, M 31, (at ~100 pc resolution) is presented. Despite the different scales studied, the single-dish line widths are ~50% greater than the corresponding interferometric ones. Additionally, the interferometer recovers only a fraction (50 – 90%) of the flux that is measured by the single-dish. After stacking the high-sensitivity M 31 data, an analysis of the resulting spectral profiles from the two distinct instruments is performed in detail. The results are that single-dish spectra are better described by two components, one narrow (FWHMN !7.5 +- 0.4 km/s) and one broad (FWHMB ~ 14.4+-1.5 km/s); while for the interferometric data, one component suffices (FWHM ~7.1+-0.4 km/s). The overall implication is that molecular gas is present in two distinct phases: one that is clumpy and organized as molecular clouds, and another one that is more diffuse and has larger velocity dispersions.

Translation of abstract (German)

Obwohl molekulares Gas in Galaxien die wichtigste Zutat im Sternentstehungsprozess darstellt, ist dessen vollstaendige Charakterisierung bislang noch nicht gelungen. Ueblicherweise geht man davon aus, dass die Emission molekularen Gases (gemessen durch CO als Indikator) von molekularen Wolken ausgeht, welche Geschwindigkeitsdispersionen zwischen 2 – 5 km/s aufweisen. In dieser Dissertation praesentiere ich Ergebnisse, die aus der Analyse von gemessenen Geschwindigkeitsdispersionen der molekularen Gasscheiben in benachbarten Galaxien hervorgehen. Auf Skalen von 0.5 kpc (durchschnittliche raeumliche Auflösung) hat die mittlere Geschwindigkeitsdispersion von CO einen Wert von ~12km/2 (1sigma Streuung von 3.9 km/s). Dieser Wert ist groesser als bislang angenommen und vergleichbar mit dem von neutralem, atomarem Gas. Um den Ursprung dieser grossen Geschwindigkeitsdispersion zu erkunden, werden Messungen der interferometrischen und der single-dish Linienbreite für NGC 4736 und NGC 5055 (bei einer Aufloesung von ~0.5 kpc), sowie der benachbarten Andromedagalaxie, M31, (Aufloesung ~100 pc) verglichen. Trotz der unterschiedlichen raeumlichen Skalen sind die single-dish Linienbreiten ~50% groesser als die entsprechenden interferometrischen. Zusaetzlich sammelt der Interferometer nur 50 – 90% der Flussdichte, die der single-dish misst. Nach dem Stacking der hochempfindlichen M31 Daten wird eine detaillierte Analyse der resultierenden Spektralprofile fuer die beiden unterschiedlichen Instrumente durchgefuehrt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die single-dish Spektren optimal durch zwei Komponenten beschrieben werden können: eine schmale (FWHMN ~7.5+-0.4 km/s) und eine breite (FWHMB ~14.4+-1.5 km/s). Fuer interferometrische Daten hingegegen genuegt eine Komponente (FWHM ~ 7.1+-0.4 km/s). Die allgemeine Schlussfolgerung dieser Ergebnisse ist, dass molekulares Gas zwei unterschiedliche Phasen hat: eine klumpige, sich als Molekularwolken anordnende und eine, die eher diffus ist und groesserere Geschwindigkeitsdispersionen aufweist.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Walter, Dr. Fabian
Place of Publication: Heidelberg, Germany
Date of thesis defense: 10 July 2015
Date Deposited: 27 Jul 2015 08:27
Date: 2015
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
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