A Herschel/PACS Far-infrared Line Emission Survey of Local Luminous Infrared Galaxies - INSU - Institut national des sciences de l'Univers Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue The Astrophysical Journal Année : 2017

A Herschel/PACS Far-infrared Line Emission Survey of Local Luminous Infrared Galaxies

T. Díaz-Santos
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L. Armus
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V. Charmandaris
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N. Lu
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S. Stierwalt
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G. Stacey
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S. Malhotra
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P. P. van der Werf
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J. H. Howell
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G. C. Privon
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J. M. Mazzarella
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P. F. Goldsmith
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E. J. Murphy
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L. Barcos-Muñoz
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S. T. Linden
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K. L. Larson
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A. S. Evans
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P. Appleton
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K. Iwasawa
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S. Lord
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D. B. Sanders
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J. A. Surace
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Résumé

We present an analysis of [O I]63, [O III]88, [N II]122, and [C II]158 far-infrared (FIR) fine-structure line observations obtained with Herschel/PACS, for ∼240 local luminous infrared galaxies (LIRGs) in the Great Observatories All-sky LIRG Survey. We find pronounced declines ("deficits") of line-to-FIR continuum emission for [N II]122, [O I]63, and [C II]158 as a function of FIR color and infrared luminosity surface density, ΣIR. The median electron density of the ionized gas in LIRGs, based on the [N II]122/[N II]205 ratio, is ne = 41 cm-3. We find that the dispersion in the [C II]158 deficit of LIRGs is attributed to a varying fractional contribution of photodissociation regions (PDRs) to the observed [C II]158 emission, f([C II]158PDR) = [C II]158PDR/[C II]158, which increases from ∼60% to ∼95% in the warmest LIRGs. The [O I]63/[C II]158PDR ratio is tightly correlated with the PDR gas kinetic temperature in sources where [O I]63 is not optically thick or self-absorbed. For each galaxy, we derive the average PDR hydrogen density, nH, and intensity of the interstellar radiation field, G, in units of G0 and find G/nH ratios of ∼0.1-50 G0 cm3, with ULIRGs populating the upper end of the distribution. There is a relation between G/nH and Σ IR, showing a critical break at ΣIR* ≃ 5 × 1010 L kpc-2. Below ΣIR*, G/nH remains constant, ≃0.32 G0 cm3, and variations in ΣIR are driven by the number density of star-forming regions within a galaxy, with no change in their PDR properties. Above Σ IR*, G/nH increases rapidly with ΣIR, signaling a departure from the typical PDR conditions found in normal star-forming galaxies toward more intense/harder radiation fields and compact geometries typical of starbursting sources.

Dates et versions

insu-03710613 , version 1 (30-06-2022)

Identifiants

Citer

T. Díaz-Santos, L. Armus, V. Charmandaris, N. Lu, S. Stierwalt, et al.. A Herschel/PACS Far-infrared Line Emission Survey of Local Luminous Infrared Galaxies. The Astrophysical Journal, 2017, 846, ⟨10.3847/1538-4357/aa81d7⟩. ⟨insu-03710613⟩
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