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Large turbulent reservoirs of cold molecular gas around high-redshift starburst galaxies

Authors :
A. Omont
Ivan Oteo
E. A. Bergin
R. S. Bussmann
Paola Andreani
B. Godard
Fabian Walter
Martin Zwaan
Edith Falgarone
Rob Ivison
Frederic Bournaud
D. Elbaz
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112))
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112))
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique ( LERMA )
École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Observatoire de Paris-Université de Cergy Pontoise ( UCP )
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Laboratoire AIM
Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre d'Etudes de Saclay
Institut d'Astrophysique de Paris ( IAP )
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Source :
Nature, Nature, 2017, 548, pp.430. ⟨10.1038/nature23298⟩, Nature, 2017, 548, pp.430. 〈10.1038/nature23298〉
Publication Year :
2017

Abstract

Starburst galaxies at the peak of cosmic star formation are among the most extreme starforming engines in the universe, producing stars over ~100 Myr. The star formation rates of these galaxies, which exceed 100 $M_\odot$ per year, require large reservoirs of cold molecular gas to be delivered to their cores, despite strong feedback from stars or active galactic nuclei. Starburst galaxies are therefore ideal targets to unravel the critical interplay between this feedback and the growth of a galaxy. The methylidyne cation, CH$^+$, is a most useful molecule for such studies because it cannot form in cold gas without supra-thermal energy input, so its presence highlights dissipation of mechanical energy or strong UV irradiation. Here, we report the detection of CH$^+$(J=1-0) emission and absorption lines in the spectra of six lensed starburst galaxies at redshifts z~2.5. This line has such a high critical density for excitation that it is emitted only in very dense ($>10^5$ cm$^{-3}$) gas, and is absorbed in low-density gas. We find that the CH$^+$ emission lines, which are broader than 1000 km s$^{-1}$, originate in dense shock waves powered by hot galactic winds. The CH$^+$ absorption lines reveal highly turbulent reservoirs of cool ($T\sim 100$K), low-density gas, extending far outside (>10 kpc) the starburst cores (radii<br />Published as a Nature Letter

Details

ISSN :
14764687
Volume :
548
Issue :
7668
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d529e368832c55f219b2aba4fbd79ab2
Full Text :
https://doi.org/10.1038/nature23298⟩