Przysłaniając to co najważniejsze - o roli pyłu w galaktykach

Katarzyna Małek

Narodowe Centrum Badań Jądrowych / Laboratoire d’Astrophysique de Marseille

13/04/2021

• Bardzo ogólny wstęp

• Jak zliczamy gwiazdy w galaktykach

• Tłumienie pyłu

Bardzo ogólny wstęp

Co wiemy o galaktykach?

• Galaktyki to bardzo złożone obiekty składające się z setek miliardów gwiazd, gazu i pyłu (i ciemnej materii),

• stanowią podstawowy budulec w Wielkoskalowej Strukturze Wszechświata.

Co wiemy o galaktykach?

• Galaktyki to bardzo złożone obiekty składające się z setek miliardów gwiazd, gazu i pyłu (i ciemnej materii),

• stanowią podstawowy budulec w Wielkoskalowej Strukturze Wszechświata.

Credit: ESO; VIPERS

Credits:

F. Summers, Z. Levay, L. Frattare, B. Mobasher, A. Koekemoer and the HUDF Team (STScI)

Copyright: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University), K. Noll (STScI), and J. Westphal (Caltech)

Bez względu na to, czy obserwujemy Drogę Mleczną, jej pobliskie sąsiadki, czy bardzo odległe galaktyki, wiemy, że są to podobne obiekty znajdujące się na różnych etapach ewolucji.

klasyfikacja galaktyk w grupy obiektów o zbliżonych własnościach fizycznych

 ewolucja galaktyk

Credit: NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), and the HUDF 2012 The Hubble Ultra Deep Field 2012

Morfologia jest możliwa do opisania głównie dla bliskich galaktyk

Źródło: Galaxy zoo

M✸ i SFR można zgrubnie policzyć, zliczając pojedyncze gwiazdy.

This portrait view panorama shows our colourful Milky Way stretch above the Atacama Desert. Taken during the ESO Ultra HD Expedition.

Źródło: SO/B. Tafreshi (twanight.org)

Cała procedura wydaje się dość łatwa

The entire arc of the Milky Way can be seen in the southern sky in this view from the European Southern Observatory's Very Large Telescope at the Paranal Observatory in Chile's Atacama Desert. (Image: © Miguel Claro).

ale oczywiście nie jest możliwa do wykonania

ale jednak istnieją badania na temat aktywności gwiazdotwórczej galaktyk

źródło: CANDELS collaboration

Więc w jaki sposób zliczamy gwiazdy?

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

?

Credit: https://www.almaobservatory.org/

Centaurus A (NGC 5128)

Kompozycja obrazów uzyskanych za pomocą trzech instrumentów, działających na bardzo różnych długościach fal:

• submm (870micron) LABOCA/APEXPEX (Chile)
• dane rentgenowskie z Chandra X-ray Observatory
• obserwacje w świetle widzialnym (2.2-m WFI, MPG/ESO , Chile) pokazują gwiazdy tła oraz charakterystyczny dla galaktyki pas pyłu w kolorze zbliżonym do rzeczywistego.

Centaurus A (NGC 5128)

Credit: ESO Centaurus A LABOCA

rozkład energetyczny galaktyki w funkcji długości fali  nazywany jest widmem energetycznym galaktyki (SED)

Credit: Mahmoud Hamed

 widmo energetyczne galaktyki (SED)

Toba et al., 2021

Toba et al., 2021

Wszystko byłoby bardzo proste - mamy satelity, wielkie teleskopy, sieci obserwatoriów radiowych  ...

... ale mamy też pył

Credits: NASA

kluczowy składnik ośrodka międzygwiazdowego

• cząsteczki pyłu powstają jako produkt ewolucji gwiazdowej, 
• Tworzą się w otoczeniu wyewoluowanych gwiazd, a następnie są wyrzucane do ośrodka międzygwiazdowego,
• Ich rozmiary wahają się od kilku nm do kilku μm,
• Głównym budulcem jest węgiel, w tym grafit i PAH + krzemian
• Jego obecność w galaktykach jest "zauważalna" jako:
  • emisja w części widma w zakresie IR,
  • modyfikacja kontinuum gwiezdnego (UV - NIR) 

Pył pochłania część światła w zakresie UV (0,1- 0,4μm ) pochodzącego z młodych, masywnych gwiazd, a następnie emituje ją w zakresach ​IR długości fal (IR, 8-1000μm ).

Bez pyłu nie tworzą się nowe gwiazdy!

Źródło: SPICA

tłumienie pyłu

ekstyncja vs atenuacja

D.Calzetti

atenuacja pyłu

mamy kilka obowiązujących  modeli atenuacji pyłu

Czy nie są za proste?

Jaki jest wpływ atenuacji na podstawowe parametry fizyczne galaktyk?

Jakie właściwości mają zapylone, gigantyczne galaktyki powstałe zaledwie kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu?

Obserwacje w podczerwieni sa niezykle istotne

Madau and Dickinson 2014

+

FIR

submm

modelowanie SED

redshift

Riccio, Małek+ submitted

dane w zakresie optycznym (ugriz)

Large Survey of Space and Time

od 2022 roku - 10 lat obserwacji, ~60 petabajtów zdjęć i 15-petabajtowy katalog danych, 20 Terabajtów danych/noc

Text

dane w zakresie podczerwonym

Małek+2018

Astarte i Adonis (z~2, kiedy Wszechświat miał zaledwie 3 miliardy lat).

Hammed+2021

Hammed+2021

 odkryliśmy gigantyczną czarną dziurę ukrytą w galaktyce, która istniała już 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu!

Efstathiou, Małek+2021

wzrost pyłu w młodych, ale już bogatych w metale galaktykach (z~3-4), jest zdominowany przez  wzrost ilości cząstek w wyniku ich zderzeń z gazem

Donevski, Lappi, Małek+2021

Podsumowując

Multiwavelength imagery of DustPedia galaxy NGC 368 and Six of the enigmatic blue and dusty gas rich galaxies revealed in Clark et al., 2015

dlatego modeluję parametry fizyczne galaktyk obserwowanych w podczerwieni

Subtitle

Wiemy, że galaktyki ewoluują...

Skąd?

1. gwiazdy ewoluują (rodzą się, dorastają, umierają eksplodując bądź nie),
2. struktura Wszechświata ewoluuje

Oznacza to, że pył ewoluuje, a wraz z nim zmienia się prawo atenuacji

Dziękuję za uwagę

Po pierwsze obserwujemy światło przesunięte ku czerwieni (redshift)

http://www.stsci.edu/~dcoe/BPZ/sedanim.gif

https://ogrisel.github.io/scikit-learn.org/

Pył w procesie powstawania gwiazd

1. atomy wodoru spotykają się i tworzą molekuły.
2. gaz podnosi  temperaturę i H zaczyna poruszać się zbyt szybko, aby utworzyć wiązania.
3. atomy H zahaczają o ziarna pyłu -> na jego powierzchni tworzą wiązania i powstają fundamenty gwiazdy.

+  pobliskie gwiazdy wysyłają gorące i jasne promieniowanie UV, chmura pyłu może działać jako osłona, chroniąca przyszłe gwiazdy przed zerwaniem ich wiązań chemicznych.