近邻极亮红外类星体寄主星系的分子气体和尘埃的观测研究

Systematic studies of the molecular interstellar medium (ISM) in the host of ultraluminous infrared QSOs (IR QSOs), which are very likely the objects caught in the short-lived "transition" phase between ultraluminous infrared galaxies (ULIRGs) and optical QSOs stages, are essential for our understanding of the co-evolution of black holes and galaxies. This investigation capitalizes on the observations of a sample of local IR QSOs in the millimeter and submillimeter wavelength regime (e.g., high resolution CO imaging and multi-transition CO line observations) with the most advanced telescopes (e.g., ALMA, IRAM 30m) in the world, to study the physical properties of molecular gas and dust emission, including the morphology, kinematics, and the excitation of molecular gas, etc.. Combining these new observations with the archival optical and infrared data will allow us to study in detail the relationships between molecular ISM, starburst, and active galactic nucleus (AGN) in IR QSOs. By comparising the ISM physical conditions of IR QSOs to those of local ULIRGs and optical QSOs, we expect to uncover the possible evolutionary link between galaxies which are at different stages of merging process. These observational studies will be crucial for the theoretical models of galaxy evolution and provide the best examined local analogues to those at high redshift.

极亮红外类星体是处于从极亮红外星系向光学类星体过渡演化的一类天体，研究其寄主星系的分子星际介质的物理性质，对我们了解星系和中心黑洞共同演化的物理过程具有非常重要的意义。本项目主要利用国际最先进的毫米波和亚毫米波望远镜（如ALMA、IRAM 30m等）观测获得的第一手数据，比如高分辨率CO成图和CO分子多能级转动跃迁辐射的观测等，研究近邻极亮红外类星体寄主星系分子气体的分布和激发状态、气体运动学特征以及尘埃的辐射等物理性质。结合光学和红外等多波段观测资料，我们将系统分析这类天体分子星际介质的物理环境与恒星形成以及活动星系核之间的关联。通过比较近邻极亮红外类星体和极亮红外星系以及光学类星体的分子气体和尘埃发射物理性质的异同，研究这些星系在演化过程中可能存在的联系。这些研究结果将为星系演化的理论模型研究提供至关重要的观测证据，同时也将为我们认知宇宙早期大质量星系的演化提供重要的物理图像参考。

冷分子气体为恒星形成提供原料，在星系演化物理过程中扮演重要角色。已有的观测证据表明极亮红外类星体很可能是处于从极亮红外星系向光学类星体过渡演化的一类天体，研究其寄主星系的分子星系介质的物理性质，是探究星系极端星暴发生机制的关键，有助于理解星系和中心黑洞共同演化的物理图像。本项目主要利用申请获得的国际最先进毫米波和亚毫米波射电望远镜（如ALMA、NOEMA、IRAM 30m、JCMT-SCUBA2等）观测第一手数据，研究红外类星体寄主星系的分子气体和恒星形成等物理性质，主要目标是研究红外类星体寄主星系气体的分布形态、运动学特征以及激发状态，探究星际介质在星系并合过程中的典型物理特征以及与恒星形成、核活动的影响和关联。.基于ALMA高分辨率数据，我们对一批红移0.06-0.19的红外类星体进行了CO分子气体和3mm连续谱发射的亚角秒成图观测研究，这是国际上首次对较大样本的红外类星体进行高分辨率气体成图观测。分析显示红外类星体寄主星系的分子气体呈现形态分布多样化、运动学复杂等特征，初步可以分为三类：具有规则速度场的分子气体旋转盘、速度场紊乱且分子气体分布紧密、以及正在进行相互作用和并合的星系系统。观测发现一部分红外类星体系统中，中心具有明亮AGN辐射的类星体与伴星系的并合仍在进行，更新了我们对红外类星体演化特征的认识，表明可能存在另一种演化状态。同时，利用NOEMA干涉阵，我们对红外类星体IRAS F07599+6508进行了3mm波段深度成像观测，发现星系外围10-20kpc之间有两个较弱的CO气体结构，结合HST光学和射电20cm高分辨率图像，分析认为这两个气体结构可能分别与星系并合和AGN活动相关。综合多波段数据的分析，这些结果有助于更好地理解星系中心AGN活动对星际介质的作用以及对星系演化的影响，并将对理解高红移宇宙星系的形成和演化提供重要参考。