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Nature (2023)Citer cet article

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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. Nous présentons ici les observations du télescope spatial James Webb qui détectent la caractéristique PAH de 3,3 μm dans une galaxie observée moins de 1,5 milliard d'années après le Big Bang. La largeur équivalente élevée de la fonction PAH indique que la formation d'étoiles, plutôt que l'accrétion de trous noirs, domine l'émission infrarouge dans toute la galaxie. La lumière des molécules de PAH, de la poussière chaude et des gros grains de poussière et des étoiles sont spatialement distinctes les unes des autres, ce qui entraîne des variations d'ordre de grandeur de la largeur équivalente des PAH et du rapport des PAH à la luminosité infrarouge totale à travers la galaxie. Les variations spatiales que nous observons suggèrent soit un décalage physique entre les HAP et les gros grains de poussière, soit de fortes variations du champ de rayonnement ultraviolet local. Nos observations démontrent que les différences d'émission des molécules de HAP et des gros grains de poussière sont le résultat complexe de processus localisés au sein des premières galaxies.

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Toutes les données JWST sont disponibles dans les archives Mikulski pour les télescopes spatiaux (https://archive.stsci.edu/) sous le programme no. 1355. Les produits de données JWST réduits utilisés dans ce travail sont disponibles dans le référentiel de données public de la collaboration TEMPLATES, https://github.com/jwst-templates. Cet article utilise les données ALMA sous les numéros de code de projet. 2016.1.01374.S et 2016.1.01499.S, disponibles dans les archives scientifiques ALMA (https://almascience.nrao.edu/aq).

Les données JWST et ALMA ont été réduites à l'aide du logiciel de pipeline accessible au public pour les deux observatoires. Nos scripts de réduction et d'analyse pour les données MIRI/MRS sont disponibles dans le référentiel de données public de la collaboration TEMPLATES, https://github.com/jwst-templates.

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Département d'astronomie, Université du Massachusetts, Amherst, MA, États-Unis

Katherine E. Whitaker

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JSS a dirigé l'analyse des données et rédigé le texte principal. KAP et DL ont contribué à l'analyse des données. JDTS a aidé à l'interprétation des données. JRR et JDV ont contribué à la gestion du programme TEMPLATES. Tous les auteurs ont contribué à l'interprétation des résultats et à l'édition du texte, et sont classés par ordre alphabétique après KAP

Correspondance avec Justin S. Spilker.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature remercie les relecteurs anonymes pour leur contribution à la relecture par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Chaque colonne montre une moyenne de 100 canaux à partir du cube de données MRS correspondant aux gammes de longueurs d'onde indiquées en haut. La ligne du haut affiche les données d'origine traitées par le pipeline. Les caractéristiques des bandes horizontales sont évidentes, une manifestation des artefacts dits de « douche » dans les données MIRI. La rangée du milieu montre le bruit de fond estimé à soustraire moyenné sur la même gamme de longueurs d'onde. La rangée du bas montre l'image finale sans arrière-plan. Les cercles montrent la région du cube qui a été masquée lors de l'estimation du bruit de fond en raison de la présence d'une source réelle d'émission de SPT0418-47. Toutes les images sont sur la même échelle de couleurs. La caractéristique PAH de 3,3 μm est principalement contenue dans la plage de longueurs d'onde de la troisième colonne.

En utilisant des données supplémentaires sur le continuum ALMA à 120 μm d'image de repos, nous calculons les changements implicites de Tdust sous des hypothèses standard sur la forme de la distribution d'énergie spectrale de la poussière. Les images de 120 μm et 160 μm sont présentées sur une échelle de couleurs linéaire min/max, masquant les pixels détectés à S/N < 5 dans l'une ou l'autre bande, pour démontrer leur similarité qualitative. Cette similarité n'implique par conséquent que de petits changements dans Tdust à travers la source. Nous utilisons la carte Tdust résolue pour estimer la correction implicite de notre hypothèse « par défaut » d'une conversion constante entre le LIR et la densité de flux de 160 μm ; le panneau de droite montre que seules des variations de ≈10 % sont impliquées, sous-dominantes par rapport aux autres sources d'incertitude dans notre analyse.

En utilisant des données fictives avec un LPAH/LIR constant inséré dans des parties sans signal du cube de données MRS, nous testons dans quelle mesure la faiblesse de la fonction PAH et les propriétés de bruit des données MRS influencent notre conclusion selon laquelle SPT0418-47 montre de grandes variations dans LPA/LIR. Les points montrent des pixels individuels de plusieurs des réalisations fictives, tandis que la ligne pointillée noire et la région ombragée grise illustrent la médiane et la plage du 16 au 84e centile de la distribution de toutes les simulations fictives. Même dans les régions les plus faibles, LPAH/LIR est toujours récupéré dans un facteur de ≈2, s'améliorant à ± 25 % dans les régions plus lumineuses.

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Réimpressions et autorisations

Spilker, JS, Phadke, KA, Aravena, M. et al. Variations spatiales de l'émission d'hydrocarbures aromatiques dans une galaxie riche en poussières. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05998-6

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Reçu : 14 janvier 2023

Accepté : 21 mars 2023

Publié: 05 juin 2023

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