Wszechświat w kryzysie wieku średniego: Interakcje galaktyk bez wpływu na pył międzygwiezdny

Nowe badanie rzuciło światło na skomplikowane zależności pomiędzy pyłem międzygwiazdowym w galaktykach, właściwościami galaktyk i ich środowiskami. Mimo długotrwałych badań, relacje między właściwościami pyłu a środowiskiem w jakim znajdują się galaktyki były dotąd słabo poznane. W najnowszej pracy opublikowanej w Astronomy&Astrophysics, naukowcy opisali związek między ilością światła gwiezdnego pochłanianego przez pył a środowiskiem galaktyk.

Pył jest bardzo ważnym elementem w galaktykach. Z jednej strony pochłania i rozprasza światło gwiazd, zjawisko to określane jest jako tłumienie pyłu. Z drugiej strony, pył emituje pochłonięte promieniowanie termicznie w podczerwieni. Przyjmuje się, że w tym procesie zachowany jest bilans energetyczny i pył emituje podobną ilość energii, jaka została zaabsorbowana z promieniowania gwiazdy.

Zespół astrofizyków kierowany przez dr Mahmouda Hameda z Narodowego Centrum Badań Jądrowych i jego współpracowników, głównie dr hab. Katarzynę Małek, prof. NCBJ, podjął się kompleksowego badania pyłowego bilansu energetycznego ponad 1000 galaktyk. Bilans ten charakteryzowany jest przez stosunek ilości światła pochłanianego przez pył i reemitowanego termicznie w podczerwieni. W swojej pracy dr Hamed wykorzystał dużą próbkę galaktyk i analizował właściwości fizyczne, na które wpływa zjawisko tłumienia pyłu. Badane galaktyki są od nas odległe o 7 miliardów lat, czyli obserwowano je w stanie, w jakim były kiedy Wszechświat znajdował się w połowie swojego dotychczasowego życia.

Autorzy odkryli, że metaliczność galaktyk, czyli stosunek obfitości tlenu do bardziej powszechnego wodoru, silnie koreluje z pyłowym bilansem energetycznym. Innymi słowy, im więcej pyłu międzygwiazdowego pochłania światło gwiazd, tym wyższa jest emisja w podczerwieni i tym wyższa jest metaliczność.

Dodatkowo, nowością w tej pracy jest zbadanie związku między pyłowym bilansem energetycznym a zwartością galaktyk. Autorzy znaleźli również inna silną korelację związaną ze zwartością galaktyki: tłumienie pyłu jest silniejsze w bardziej zwartych obiektach. Ten ostatni związek potwierdza również wcześniejsze odkrycia z zakładu astrofizyki NCBJ.

Być może jednym z najważniejszych wyników tej publikacji jest brak jakiejkolwiek korelacji między rolą środowiska, w którym galaktyki przebywają, a efektywnością tłumienia pyłu. Jest to niezwykła obserwacja, ponieważ środowisko galaktyk wpływa na kluczowe właściwości fizyczne, takie jak formowanie się gwiazd i masa galaktyk. Wynik ten jest zaskakujący i autorzy zamierzają zbadać relację pomiędzy środowiskiem a tłumieniem pyłu dla galaktyk pochodzących z jeszcze młodszego Wszechświata i charakteryzujących się silnym zapyleniem (tzw. dusty star forming galaxies).

Oryginalna publikacja: Decoding the IRX–β dust attenuation relation in star-forming galaxies at intermediate redshift, M. Hamed, F. Pistis, M. Figueira, K. Małek, A. Nanni, V. Buat, A. Pollo, D. Vergani, M. Bolzonella, Junais, J. Krywult, T. Takeuchi, G. Riccio and T. Moutard, A&A, 679 (2023) A26, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346976