Tirando a poeira da evolução do obscurecimento vs massa estelar

Título: The Constant Average Relationship between Dust-obscured Star Formation and Stellar Mass from z = 0 to z = 2.5

Autores:  Katherine E. Whitaker, Alexandra Pope, Ryan Cybulski, Caitlin M. Casey, Gergö Popping, e Min S. Yun

Instituição do primeiro autor: Department of Physics, University of Connecticut, EUA

Status: Publicado no Astrophysical Journal [livre acesso]

Aproximadamente dez bilhões de anos atrás, no que é conhecido como “meio-dia cósmico” (em um redshift de z~2,5), a formação de estrelas estava em alta, e as galáxias compactas desta era prAproximadamente dez bilhões de anos atrás, no que é conhecido como “meio-dia cósmico”, em inglês “cosmic noon”, (com redshift de z~2,5), a formação de estrelas estava em alta, e as galáxias compactas desta era produziam poeira de sua população de estrelas brilhantes e jovens. Hoje em dia (z~0), o ritmo da vida galáctica diminuiu; galáxias no Universo próximo são maiores e têm taxas mais baixas de formação de estrelas. A Figura 1 ilustra como as taxas de formação de estrelas (a massa total de todas as estrelas recém-formadas dentro de um determinado período de tempo) e os tamanhos das galáxias variam com o redshift. Apesar dessa dramática evolução ao longo do tempo cósmico, os autores do artigo de hoje descobriram que algumas coisas nunca mudam… (ou especificamente, uma coisa relacionada à formação de poeira e estrelas).

Figura 1: A taxa de formação estelar (SFR) dividida pela massa estelar (a linha sólida) aumenta nas galáxias até z~3 enquanto sua área (a linha tracejada) diminui até z~3. No entanto, a fração da formação estelar que é obscurecida pela poeira (os quatro pontos roxos) permanece basicamente a mesma ao longo do tempo cósmico para galáxias de uma determinada massa estelar. (Figura 5 no artigo)

A poeira pode nos ajudar a entender como as galáxias mudam ao longo do tempo de algumas maneiras importantes. Ao observar como a poeira evolui com o redshift, podemos ter uma noção melhor de como os mecanismos subjacentes que criam e destroem a poeira (como supernovas e a ejeção de matéria de estrelas gigantes vermelhas) mudam dentro das galáxias. Além disso, porque a poeira bloqueia parte da luz produzida por estrelas jovens e a reprocessa em comprimentos de onda mais longos, precisamos entender o conteúdo de poeira das galáxias para obter uma imagem completa de sua formação estelar.

Como as galáxias no universo próximo são dramaticamente diferentes das galáxias dez bilhões de anos atrás, você pode pensar que a fração da formação de estrelas que fica obscurecida pela poeira (a fração obscurecida ou “fobscured“) deve mudar ao longo do tempo cósmico. Surpreendentemente, para galáxias de uma dada massa estelar, este não parece ser o caso! Ao comparar a fração obscurecida com a massa estelar (Figura 2, à esquerda), os autores descobriram que a fração obscurecida depende fortemente da massa estelar, mas é independente do redshift. Os autores também descobriram que a fração obscurecida é uma função das taxas de formação de estrelas, e essa relação depende do redshift (Figura 2, à direita). Esta dependência do redshift não é surpreendente, porque para galáxias de uma dada massa estelar, as taxas de formação estelar aumentam com o redshift até o meio-dia cósmico. Se considerarmos galáxias em uma fração obscurecida fixa (imagine desenhar uma linha horizontal no painel direito da Figura 2), estamos efetivamente amostrando galáxias com a mesma massa estelar.

Figura 2: Esquerda: A fração da formação estelar que é obscurecida pela poeira (fobscured) aumenta com a massa estelar e não parece depender do redshift. Os pontos representam os valores médios das galáxias dentro de uma faixa de massas estelares e redshift. As diferentes cores dos pontos refletem a faixa de redshift das galáxias. Direita: o obscurecimento aumenta com as taxas de formação de estrelas e depende do redshift – para uma determinada taxa de formação de estrelas, uma galáxia será mais obscurecida em redshifts mais baixos. No entanto, a forma da relação é consistente em todos os redshifts. (Figura 2 e Figura 4 no artigo)

O que poderia explicar a falta de evolução no obscurecimento de galáxias de uma determinada massa estelar? O obscurecimento depende de vários fatores, incluindo massa da poeira, a distribuição de poeira dentro das galáxias e a composição da poeira. Cada um desses fatores pode evoluir de tal forma que seu efeito líquido sobre o obscurecimento se anule. Alternativamente, talvez essas propriedades da poeira não sofram muitas mudanças. Com modelos teóricos da evolução da poeira e estudos adicionais de galáxias em uma série de redshifts em comprimentos de onda de infravermelho distante e sub milimétricos para analisar seu conteúdo de poeira, esperamos desvendar esse quebra-cabeça.


Adaptado da postagem original do astrobites “Dusting off the evolution of obscuration vs stellar mass“, de Sarah Bodansky

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