PAHSPECS: Propriedades de Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos no Meio-Dia Cósmico com JWST/MIRI MRS

O meio-dia cósmico, que abrange o redshift de aproximadamente 1 a 3, representa o período de pico da densidade da taxa de formação estelar cósmica, quando o crescimento das galáxias era predominantemente impulsionado pela formação estelar obscurecida por poeira. Neste contexto, nosso estudo se propôs a caracterizar as propriedades dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH) em cinco galáxias formadoras de estrelas com redshift de aproximadamente 1, 1, selecionadas a partir da pesquisa PAHSPECS. O objetivo principal foi investigar a relação entre as luminosidades e as proporções das bandas de PAH dessas galáxias e suas propriedades globais, buscando compreender melhor os processos astrofísicos que ocorrem nesse período crucial da evolução cósmica.

Para alcançar esses objetivos, analisamos observações detalhadas obtidas com o instrumento MIRI MRS do Telescópio Espacial James Webb (JWST) de cinco galáxias do levantamento ASPECS, localizadas no Campo Ultra Profundo do Hubble (HUDF). Os espectros integrados dessas galáxias foram extraídos utilizando aberturas dependentes do comprimento de onda, um método que permite uma análise precisa da emissão espectral. Posteriormente, esses espectros foram modelados com o software CAFE, incorporando dados de fotometria auxiliar. Essa abordagem integrada foi crucial para restringir a emissão de poeira e obter uma caracterização robusta das propriedades dos PAH, garantindo a precisão dos resultados obtidos.

Ao comparar as galáxias da amostra PAHSPECS com as galáxias infravermelhas luminosas (LIRGs) locais, observamos diferenças significativas nas proporções das bandas de PAH. A maioria das fontes de PAHSPECS exibe proporções mais elevadas de 6, 2/7, 7 e, concomitantemente, proporções mais baixas de 11, 3/7, 7. Essa tendência sugere a presença de um componente de PAH ionizado que é predominantemente associado a grãos menores. A ionização e o tamanho dos grãos de PAH são indicadores sensíveis das condições do meio interestelar, incluindo a intensidade do campo de radiação ultravioleta e a densidade do gás, fornecendo insights valiosos sobre os ambientes de formação estelar nessas galáxias distantes.

A relação 3, 3/11, 3, por outro lado, mostrou-se menos restritiva em nossa análise, principalmente porque a característica de 3, 3 micrômetros foi detectada em apenas duas das fontes estudadas, limitando a robustez estatística dessa proporção para a amostra completa. No entanto, dentro da amostra, observamos que a proporção 11, 3/7, 7 tende a aumentar com a taxa de formação estelar específica (sSFR) e com a densidade superficial de formação estelar. Em contraste, a proporção 6, 2/7, 7 diminui com o sSFR. Esses padrões são consistentes com a ideia de um processamento preferencial de pequenos portadores de PAH ionizados, indicando que as condições ambientais que impulsionam a formação estelar também influenciam a composição e o estado de ionização dos PAHs.

Um caso particular de interesse é a galáxia ASPECS-15, que abriga um núcleo galáctico ativo (AGN). Esta fonte apresentou a menor proporção de 6, 2/7, 7 e a maior sSFR em nossa amostra. Essa combinação de características sugere uma contribuição reduzida de PAHs pequenos, um fenômeno que pode ser atribuído à intensa atividade do AGN. AGNs são conhecidos por emitir radiação de alta energia que pode destruir ou alterar a estrutura dos PAHs, especialmente os menores, que são mais suscetíveis à fotodissociação. A observação em ASPECS-15 reforça a hipótese de que a presença de um AGN pode ter um impacto significativo nas propriedades dos PAHs no meio interestelar de uma galáxia.

Em síntese, a emissão de PAH observada no meio-dia cósmico parece ser moldada por condições do meio interestelar que diferem substancialmente daquelas encontradas em galáxias formadoras de estrelas mais próximas. Essas diferenças provavelmente refletem a presença de campos de radiação mais intensos e ambientes mais extremos durante esse período de intensa formação estelar. Apesar dessas variações nas proporções de PAH, a característica de 7, 7 micrômetros mantém-se como um rastreador robusto da taxa de formação estelar (SFR), indicando sua utilidade contínua para estimar a atividade de formação estelar em galáxias distantes, mesmo sob condições ambientais distintas.