Metalicidade e ionização espacialmente resolvidas no sistema de fusão Gz9p3 em z = 9, 3

O estudo do meio interestelar (ISM) em galáxias em fusão com alto desvio para o vermelho é fundamental para a compreensão da montagem inicial de galáxias, da formação de estrelas e do crescimento de buracos negros, processos previstos por modelos hierárquicos $Λ$CDM. A capacidade de obter imagens profundas e espectroscopia espacialmente resolvidas com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) oferece uma perspectiva sem precedentes sobre esses fenômenos, mesmo para galáxias situadas na Época da Reionização.

Neste trabalho, analisamos o espectro integrado da galáxia Gz9p3, bem como dados de diferentes aberturas dentro dela, o que permitiu uma caracterização espacialmente resolvida do ISM ionizado. Para complementar nossas observações, comparamos as medições obtidas com o JWST com imagens de arquivo do NIRCam e dados do ALMA, buscando uma compreensão abrangente das condições físicas e químicas do sistema.

Para o espectro integrado da galáxia, medimos uma taxa total de formação de estrelas de 13, 4 $\pm$ 1, 8 M$_{\odot}$ ano$^{-1}$. A metalicidade foi determinada em 12+log(O/H) = 7, 84 $\pm$ 0, 05, e a eficiência de produção de fótons ionizantes ($ξ_{ion}$) em 25, 4 $\pm$ 0, 1 erg$^{-1}$ Hz. Adicionalmente, identificamos um parâmetro de surto estelar de 0, 9 $\pm$ 0, 1, indicando uma atividade de formação estelar intensa e relativamente recente em todo o sistema.

Observamos grandes diferenças espaciais nesses parâmetros quando comparamos o aglomerado central da galáxia com a região da cauda. Os picos de emissão óptica de [OIII] são proeminentes na componente principal da galáxia, enquanto os picos de emissão de [OIII] no infravermelho distante são mais evidentes na região da cauda. Essa distinção sugere a existência de condições físicas e químicas distintas no ISM de cada uma dessas regiões, refletindo diferentes estágios evolutivos ou processos astrofísicos em curso.

Este estudo representa uma das primeiras análises espacialmente resolvidas do ISM de uma galáxia em z > 9, revelando não apenas a emissão de linhas nebulares, mas também variações espaciais significativas na taxa de formação de estrelas, metalicidade, condições físicas e eficiência de ionização. Os resultados apontam para a ocorrência de um surto estelar recente e pobre em metais na cauda da galáxia, coexistindo com um aglomerado central mais evoluído e enriquecido, que exibe evidências de excitação extrema. Essa configuração complexa sublinha a dinâmica e a heterogeneidade dos processos de formação de galáxias no universo primordial.

A capacidade de realizar espectroscopia espacialmente resolvida com o JWST é crucial para desvendar os complexos processos de montagem de galáxias e formação estelar na Época da Reionização. Este trabalho demonstra o poder dessa técnica para caracterizar em detalhe as propriedades do meio interestelar em galáxias distantes, fornecendo insights valiosos sobre a evolução cósmica inicial.