Variaciones espaciales en la emisión de hidrocarburos aromáticos en un polvo

Naturaleza (2023)Citar este artículo

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Dust grains absorb half of the radiation emitted by stars throughout the history of the universe, re-emitting this energy at infrared wavelengths1,=1.2. Nature 458, 737–739 (2009)." href="#ref-CR2" id="ref-link-section-d59258243e1304_1">2,3. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are large organic molecules that trace millimetre-size dust grains and regulate the cooling of interstellar gas within galaxies4,5. Observations of PAH features in very distant galaxies have been difficult owing to the limited sensitivity and wavelength coverage of previous infrared telescopes6, 4 submillimeter galaxy. Astrophys. J. 786, 31 (2014)." href="/articles/s41586-023-05998-6#ref-CR7" id="ref-link-section-d59258243e1321"> 7. Aquí presentamos las observaciones del telescopio espacial James Webb que detectan la característica PAH de 3,3 μm en una galaxia observada menos de 1500 millones de años después del Big Bang. El alto ancho equivalente de la característica PAH indica que la formación de estrellas, en lugar de la acumulación de agujeros negros, domina la emisión infrarroja en toda la galaxia. La luz de las moléculas de PAH, el polvo caliente y los grandes granos de polvo y las estrellas son espacialmente distintas entre sí, lo que lleva a variaciones de orden de magnitud en el ancho equivalente de PAH y la relación entre PAH y la luminosidad infrarroja total en toda la galaxia. Las variaciones espaciales que observamos sugieren una compensación física entre los PAH y los grandes granos de polvo o amplias variaciones en el campo de radiación ultravioleta local. Nuestras observaciones demuestran que las diferencias en la emisión de moléculas de PAH y grandes granos de polvo son un resultado complejo de procesos localizados dentro de las primeras galaxias.

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Departamento de Astronomía, Universidad de Illinois, Urbana, IL, EE. UU.

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Correspondencia a Justin S. Spilker.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature agradece a los revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Los informes de los revisores están disponibles.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Cada columna muestra un promedio de 100 canales del cubo de datos MRS correspondiente a los rangos de longitud de onda indicados en la parte superior. La fila superior muestra los datos originales procesados por canalización. Las características de franjas horizontales son evidentes, una manifestación de los llamados artefactos de 'ducha' en los datos MIRI. La fila central muestra el fondo estimado que se restará promediado en el mismo rango de longitud de onda. La fila inferior muestra la imagen final sustraída del fondo. Los círculos muestran la región del cubo que quedó enmascarada durante la estimación de fondo debido a la presencia de una fuente de emisión real de SPT0418-47. Todas las imágenes están en la misma escala de color. La característica PAH de 3,3 μm está contenida principalmente dentro del rango de longitud de onda de la tercera columna.

Usando datos continuos adicionales de ALMA en el marco de reposo de 120 μm, calculamos los cambios implícitos en Tdust bajo suposiciones estándar sobre la forma de la distribución de energía espectral del polvo. Las imágenes de 120 μm y 160 μm se muestran en una escala de color lineal mínima/máxima, enmascarando los píxeles detectados en S/N<5 en cualquier banda, para demostrar su similitud cualitativa. En consecuencia, esta similitud implica solo pequeños cambios en Tdust a través de la fuente. Usamos el mapa Tdust resuelto para estimar la corrección implícita de nuestra suposición 'predeterminada' de una conversión constante entre LIR y una densidad de flujo de 160 μm; el panel derecho muestra que solo están implícitas ≈10% de variaciones, subdominantes a otras fuentes de incertidumbre en nuestro análisis.

Utilizando datos simulados con LPAH/LIR constante insertados en porciones libres de señal del cubo de datos MRS, probamos hasta qué punto la debilidad de la función PAH y las propiedades de ruido de los datos MRS influyen en nuestra conclusión de que SPT0418-47 muestra grandes variaciones en LPAH/LIR. Los puntos muestran píxeles individuales de varias de las simulaciones, mientras que la línea discontinua negra y la región sombreada en gris ilustran la mediana y el rango de percentil 16 a 84 de la distribución de todas las simulaciones simuladas. Incluso en las regiones más tenues, LPAH/LIR todavía se recupera dentro de un factor de ≈2, mejorando a ±25 % en regiones más brillantes.

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Spilker, JS, Phadke, KA, Aravena, M. et al. Variaciones espaciales en la emisión de hidrocarburos aromáticos en una galaxia rica en polvo. Naturaleza (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05998-6

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Recibido: 14 enero 2023

Aceptado: 21 de marzo de 2023

Publicado: 05 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05998-6

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