Interstellar Medium in Nearby Elliptical Radio Galaxies
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Universidad de Granada Departamento de Física, Teórica y del Cosmos Interstellar Medium in Nearby Elliptical Radio Galaxies Breezy Ocaña Flaquer Instituto de Radio Astronomía Milimétrica - IRAM Tesis Doctoral Editor: Editorial de la Universidad de Granada Autor: Breezy Ocaña Flaquer D.L.: GR 3095-2010 ISBN: 978-84-693-3311-2 Departamento de Física Teórica y del Cosmos Universidad de Granada Instituto de Radio Astronomía Milimétrica - IRAM Interstellar Medium in Nearby Elliptical Radio Galaxies Memoria presentada por: Breezy Ocaña Flaquer para optar al grado de Doctora por la Universidad de Granada Dirigida por: Stephane Leon Tanne (ALMA/ESO) Granada, 17 de Febrero de 2010 Como director de la tesis titulada Interstellar Medium in Nearby Elliptical Radio Galaxies, presentada por D. Breezy Ocaña Flaquer, Dr. Stephane Leon Tanne, Doctor en Ciencias Físicas. D: Que la presente memoria, titulada Interstellar Medium in Nearby Elliptical Radio Galaxies ha sido realizada por D. Breezy Ocaña Flaquer bajo su direcciíon en el Instituto de Radio Astronomía Milimétrica. Esta memoria constituye la tesis que D. Breezy Ocaña Flaquer presenta para optar al grado de Doctora por la Universidad de Granada. Granada, a 17 de Febrero de 2010 Fdo: Stephane Leon Tanne Breezy Ocaña Flaquer, autora de la tesis Interstellar Medium in Nearby Elliptical Radio Galaxies, autoriza a que un ejemplar de la misma quede ubicada en la Biblioteca de la Escuela Superior de Física de Granada. Fdo.: Breezy Ocaña Flaquer Granada, a 17 de Febrero de 2010 Esta tesis está dedicada a todos los que quieren cumplir un sueño, y a todos los niños dominicanos, y del mundo, que lo ven como imposible. Querer es poder! También está dedicada a todos los vivos que forma parte de mi y a todos los que hoy no forman parte del mundo tal como lo entendemos pero que han estado y han influenciado en mi vida. "You must be the change you wish to see in the world." Mahatma Gandhi Contents List of Figures vii List of Tables xiii Resumen xix 1 Introduction 1 1.1 Galaxies . 1 1.1.1 Elliptical Galaxies . 1 1.2 Radio Galaxies . 2 1.3 Interstellar Medium in Radio Galaxies . 3 1.3.1 Molecular Gas . 4 1.3.2 Dust . 7 1.3.3 Classification of Radio Galaxies . 8 1.4 TANGO . 11 1.5 The goals of this work . 12 2 TANGO Sample 15 2.1 The Low and Medium redshift TANGO Sample . 15 2.1.1 Low z Sample . 15 2.1.2 Medium z Sample . 17 2.2 Catalog Presentation . 18 2.2.1 3CR Catalog . 19 2.2.2 New General Catalog -NGC . 19 2.2.3 Second Bologna Survey - B2 . 21 2.2.4 Ohio State University Radio Survey Catalog - OQ . 21 2.2.5 Uppsala General Catalog of Galaxies - UGC . 21 2.3 Optical Properties . 21 3 Instrumentation 23 3.1 Introduction . 23 3.2 mm/submm Instrumentation: Institute of Milimetric Radio As- tronomy - IRAM. 23 3.2.1 IRAM - 30 meter Telescope . 24 i ii CONTENTS 3.2.2 Techniques and Instrumentation . 24 3.2.3 IRAM -Plateau de Bure . 26 3.3 cm Instrumentation: Effelsberg . 26 3.4 IR Instrumentation: IRAS and Spitzer . 27 3.4.1 IRAS . 27 3.4.2 SPITZER . 27 3.4.3 IRAC . 28 3.4.4 MIPS . 29 4 Observations and Data Reduction 31 4.1 Introduction . 31 4.2 TANGO LzS observation . 31 4.3 Calibration . 34 4.4 Data reduction with IRAM 30m Telescope . 36 4.4.1 ASTRO . 36 4.4.2 CLASS . 38 4.4.3 Interferometer: IRAM PdBI . 39 4.5 Continuum data . 39 4.5.1 SPITZER . 40 4.6 Molecular lines observed . 42 4.6.1 Carbon monoxide - 12CO . 42 4.6.2 Hydrogen cyanide - HCN . 43 4.6.3 Formyl cation - HCO+ . .................. 43 4.7 Summary and Conclusions . 44 5 Molecular Gas 45 5.1 Computation of the molecular gas mass . 45 5.2 Results on molecular gas mass . 46 5.3 Faranoff and Riley . 49 5.4 CO line ratios . 51 5.4.1 Beam/source coupling . 55 5.5 Molecular gas disk . 55 5.6 Continuum Data . 57 5.7 Discussion: Origin of the molecular gas . 59 5.8 Summary and Conclusions . 62 6 Dust 63 6.1 Introduction . 63 6.2 Dust properties from IRAS . 64 6.2.1 Star Formation . 64 6.2.2 Dust Mass and Dust Temperature . 64 6.3 Dust properties from SPITZER data . 67 6.3.1 IRAC . 69 6.3.2 MIPS . 69 iii 6.4 Multi Dust Component Fitting . 70 6.5 Conclusion . 71 7 Neutral Hydrogen - HI 73 7.1 Introduction . 73 7.2 TANGO Data . 74 7.2.1 Effelsberg Observations . 74 7.2.2 Neutral Hydrogen Mass . 77 7.3 Discussion and future work . 77 8 From Thermal to Synchrotron emission 81 8.1 Introduction . 81 8.2 µm Data ............................... 81 8.3 mm Data . 82 8.4 cm Data . 82 8.5 Synchrotron . 82 8.5.1 How to calculate the Synchrotron age of the galaxies? . 83 8.6 Discussion . 85 9 CO vs. FIR Luminosities 87 9.1 LCO .................................. 87 9.2 LFIR .................................. 87 9.3 Relationship between LCO and LFIR ................ 89 9.4 MH2 vs. LB .............................. 90 9.5 SFE vs LB . .............................. 90 10 Comparison with other samples 95 10.1 Introduction . 95 10.2 Samples . 95 10.3 Molecular gas . 96 10.3.1 Molecular gas disk . 97 10.4 Dust . 98 10.5 CO-FIR Luminosity . 98 10.6 Conclusion . 102 11 3CR 31 103 11.1 Observation and data reduction . 104 11.1.1 Observation . 104 11.1.2 Data reduction . 104 11.1.3 Continuum . 105 11.2 Molecular gas mass . 105 11.3 Molecular gas disk . 105 11.3.1 Interferometric Data . 106 11.4 Dust . 107 iv CONTENTS 11.4.1 Multi Dust Components . 108 11.5 Luminosity . 109 11.5.1 CO Luminosity . 109 11.5.2 FIR Luminosity . 109 11.5.3 Is there Star Formation in 3CR 31? . 109 11.6 How old is the synchrotron emission in 3CR 31? . 110 11.6.1 Collecting the Data . 110 11.6.2 Using SynAge ........................ 114 11.6.3 CASE 2 . 115 11.6.4 For the future work of this galaxy . 117 11.7 Conclusion . 119 12 A Control Sample: HCN observations and results 125 12.1 Introduction . 125 12.1.1 Control Sample: The AMIGA galaxies . 125 12.1.2 Interstellar Medium . 125 12.1.3 HCN(1-0) survey in the AMIGA Project . 126 12.1.4 The Goals . 127 12.2 Observation and Data Reduction . 127 12.3 Results . 128 12.3.1 HCN-FIR relationship in isolated galaxies . 129 12.4 Conclusions . 131 13 Summary and Conclusions 135 14 The Future of TANGO 139 15 Conclusiones 141 A Individual Galaxies 147 A.1 3CR 31 . 148 A.2 3CR 40 . 152 A.2.1 HI data . 153 A.3 3CR66B . 156 A.4 3CR 83.1 . 160 A.5 3CR 88 . 163 A.6 3CR 98 . 167 A.7 3C 129 . ..