塵中の芳香族炭化水素放出の空間的変動

May 24, 2023

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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-d23603082e1304_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-d23603082e1321"> 7. ここでは、ビッグバンから 15 億年以内に観測された銀河内の 3.3 μm PAH 特徴を検出した、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡の観測結果を紹介します。 PAH 特徴の高い等価幅は、ブラックホールの降着ではなく、星の形成が銀河全体の赤外線放射を支配していることを示しています。 PAH 分子、高温の塵、大きな塵の粒子や星からの光は空間的に互いに異なっており、銀河全体の PAH の等価幅と全赤外光度に対する PAH の比に桁違いのばらつきが生じます。私たちが観察した空間的変動は、PAH と大きな塵粒子との間の物理的なオフセット、または局所的な紫外線放射場の広範な変動のいずれかを示唆しています。私たちの観察は、PAH 分子と大きな塵粒子からの放射の違いが、初期銀河内の局所的なプロセスの複雑な結果であることを示しています。

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すべての JWST データは、Mikulski Archive for Space Telescopes (https://archive.stsci.edu/) のプログラム番号 12 から入手できます。 1355. この作業で使用される縮小 JWST データ製品は、TEMPLATES コラボレーションのパブリックデータリポジトリ、https://github.com/jwst-templates から入手できます。この論文では、プロジェクトコード番号 2 の ALMA データを利用しています。 2016.1.01374.S および 2016.1.01499.S、ALMA 科学アーカイブ (https://almascience.nrao.edu/aq) から入手可能。

JWST と ALMA のデータは、両方の天文台で公開されているパイプラインソフトウェアを使用して削減されました。 MIRI/MRS データの削減および分析スクリプトは、TEMPLATES コラボレーションのパブリックデータリポジトリ (https://github.com/jwst-templates) から入手できます。

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JWST は、NASA との契約番号 2 に基づき、Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. の管理のもと、宇宙望遠鏡科学研究所によって運営されています。 NAS 5-03127。アルマ望遠鏡は、ESO（加盟国の代表）、NSF（米国）、NINS（日本）と、NRC（カナダ）、MOSTとASIAA（台湾）、KASI（韓国）の協力のもと、パートナーシップを結んでいます。チリ。共同アルマ観測所は、ESO、AUI/NRAO、国立天文台によって運営されています。国立電波天文台は、Associated Universities, Inc. による協力協定に基づいて運営されている国立科学財団の施設です。

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ジャスティン・S・スピルカー、ジャック・E・バーキン、グレース・M・オリヴィエ

イリノイ大学天文学部、米国イリノイ州アーバナ

ケダール・A・ファドケ、メラニー・アーチプリー、ソンウ・キム、キャシー・ロイター、ホアキン・D・ヴィエイラ、デヴィッド・ヴィズガン

米国イリノイ州アーバナ、国立スーパーコンピューティング応用センター、天体物理探査センター

ケダール・A・ファドケ、メラニー・アーチプリー、キャシー・ロイター、ホアキン・D・ヴィエイラ

チリ、サンティアゴのディエゴ・ポルタレス大学工学科学部の天文学中枢

マヌエル・アラベナ & マヌエル・ソリマーノ

シンシナティ大学物理学科、米国オハイオ州シンシナティ

マシュー・B・ベイリス、クノ・J・キム、アレックス・ナバラ

エクス・マルセイユ大学、CNRS、CNES、LAM、マルセイユ、フランス

マシュー・ベテルミン & ガヤスリ・グルラジャン

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ジェームズ・バーゴイン、スコット・C・チャップマン、ライリー・ヒル

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ジャレッド・キャシー、アンソニー・H・ゴンザレス、デシカ・ナラヤナン

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スコット・C・チャップマン

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スコット・C・チャップマン

理論天体物理学研究所、オスロ大学、オスロ、ノルウェー

ホーコンダール

ボローニャ大学物理天文学部「アウグスト・リーギ」（イタリア、ボローニャ）

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INAF – 天体物理学および宇宙科学天文台、ボローニャ、イタリア

ガヤスリ・グルラジャン

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クリストファー・C・ヘイワード、ヤシャール・D・ヘザベ、ローナン・レギン

モントリオール大学物理学科、モントリオール、ケベック、カナダ

ヤシャール・D・ヘザベ & ローナン・レギン

Ciela – モントリオール天体物理データ分析および機械学習研究所、カナダ、ケベック州モントリオール

ヤシャール・D・ヘザベ & ローナン・レギン

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ヤシャール・D・ヘザベ & ローナン・レギン

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テイラー・A・ハッチソン、ジェーン・R・リグビー、ジェームス・E・ローズ

宇宙望遠鏡科学研究所、ボルチモア、メリーランド州、米国

デビッド・ロー

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マシュー・A・マルカン

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デシカ・ナラヤナン

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デシカ・ナラヤナン & キャサリン・E・ウィテカー

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ジェフリー・A・リッチ

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Keren Sharon

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JDT スミス

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ニコラウス・ズルツェナウアー & アクセル・ヴァイス

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ホアキン・D・ヴィエイラ

マサチューセッツ大学天文学部、米国マサチューセッツ州アマースト

キャサリン・E・ウィテカー

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JSSがデータ分析を主導し、本文の草稿を作成した。 KAPとDLはデータ分析に貢献しました。 JDTS はデータの解釈を支援しました。 JRR と JDV は、TEMPLATES プログラムの管理に貢献しました。すべての著者は結果の解釈とテキストの編集に貢献しており、KAP の後にアルファベット順に並べられています。

ジャスティン・S・スピルカーへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature は、この研究の査読に貢献してくれた匿名の査読者に感謝します。査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

各列は、上部に示された波長範囲に対応する MRS データキューブからの 100 チャネルの平均を示します。一番上の行は、元のパイプライン処理されたデータを示しています。横縞の特徴は明らかであり、MIRI データにおけるいわゆる「シャワー」アーティファクトの現れです。中央の行は、同じ波長範囲にわたって平均化された、差し引かれる推定バックグラウンドを示しています。下の行は、背景が差し引かれた最終的な画像を示しています。円は、SPT0418-47 からの実際の光源放出の存在により、バックグラウンド推定中にマスクされた立方体の領域を示しています。すべての画像は同じカラースケールです。 3.3 μm PAH の特徴は、ほとんどが 3 列目の波長範囲内に含まれています。

静止系 120 μm での追加の ALMA 連続体データを使用して、ダストのスペクトルエネルギー分布の形状に関する標準的な仮定の下で、Tdust の暗黙の変化を計算します。 120 μm および 160 μm の画像は、定性的な類似性を示すために、いずれかのバンドで S/N < 5 で検出されたピクセルをマスキングして、線形最小/最大カラースケール上に表示されます。したがって、この類似性は、ソース全体にわたる Tdust の小さな変化のみを意味します。解決された Tdust マップを使用して、LIR と 160 μm の磁束密度間の一定の変換という「デフォルト」の仮定に対する暗黙の補正を推定します。右のパネルは、約 10% の変動のみが暗示されており、分析における他の不確実性の原因よりも劣っていることを示しています。

MRS データキューブの信号のない部分に挿入された一定の LPAH/LIR を持つモックデータを使用して、PAH 特徴のかすかさと MRS データのノイズ特性が、SPT0418-47 が大きな変動を示すという結論にどの程度影響するかをテストします。 LPAH/LIR。点は、いくつかのモック実現からの個々のピクセルを示し、黒い破線と灰色の陰影領域は、すべてのモックシミュレーションの分布の中央値と 16 ～ 84 パーセンタイルの範囲を示しています。最も暗い領域でも、LPAH/LIR は依然として ≈ 2 倍以内に回復し、より明るい領域では ±25% まで改善されます。

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転載と許可

Spilker、JS、Phadke、KA、Aravena、M. 他塵の多い銀河における芳香族炭化水素放出の空間的変化。自然 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41586-023-05998-6

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受信日: 2023 年 1 月 14 日

受理日: 2023 年 3 月 21 日

公開日: 2023 年 6 月 5 日

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

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