Con una excelente sensibilidad y resoluciones espaciales y espectrales, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) presenta una oportunidad sin precedentes para promover nuestra comprensión de los procesos evolutivos de las galaxias.
Aprovechando un conjunto de observaciones JWST recientemente disponibles tomadas con el espectrógrafo de resolución media (MRS) en el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), la Dra. Lulu Zhang, quien obtuvo su doctorado. Licenciado en julio por la Universidad de Pekín bajo la supervisión del Prof. Luis C. Ho en el Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Pekín, determinó si la retroalimentación AGN influye, y de qué manera, en la formación de estrellas circunnucleares del infrarrojo luminoso cercano, bien estudiado. galaxia, NGC 7469, que también alberga un poderoso núcleo galáctico activo tipo 1 (AGN).
El estudio se publica en The Astrophysical Journal Letters.
Comprender la naturaleza de la formación estelar en diferentes entornos es fundamental para comprender la formación y evolución de las galaxias. Descifrar la actividad de formación estelar en galaxias de diversos tipos y en diferentes etapas de su evolución implica considerar múltiples facetas de su ciclo de vida. De particular interés reciente es el papel potencial que desempeña la retroalimentación AGN en el impacto sobre las propiedades de formación estelar de las galaxias.
Aunque la retroalimentación AGN se ha incorporado en muchas simulaciones cosmológicas de última generación de la evolución de las galaxias, persiste el debate sobre si este mecanismo regula eficazmente el contenido de gas y la actividad de formación de estrellas en las galaxias. Y si es así, ¿qué modo funciona? La retroalimentación de los AGN puede ser negativa, al expulsar gas de las galaxias y limitar su capacidad o eficiencia para formar estrellas, o positiva, al facilitar la formación de estrellas mediante la compresión del gas por los flujos de salida.
Las galaxias infrarrojas (ultra)luminosas, o (U)LIRG para abreviar, proporcionan un laboratorio ideal para probar el paradigma de retroalimentación AGN. Como consecuencia de las principales fusiones ricas en gas, los (U)LIRG obtienen su poder principalmente de la actividad de los estallidos estelares, con una mezcla de contribución de un AGN envuelto en polvo. En el escenario evolutivo impulsado por la fusión, el gas canalizado hacia el centro del remanente de la fusión alimenta un estallido estelar central y el crecimiento de un agujero negro oscurecido, hasta que la retroalimentación de energía limpia suficiente gas y polvo para revelar un quásar ópticamente visible y, en última instancia, una galaxia elíptica inactiva.
En vista de la compleja subestructura interna y la grave extinción de los (U)LIRG, las observaciones de IR, especialmente cuando se resuelven espacialmente, brindan la mejor oportunidad para diagnosticar la naturaleza física de estos entornos complicados y, por lo tanto, arrojan luz sobre los efectos de retroalimentación de la actividad de los AGN.
Zhang y Ho descubrieron que la distribución de SFR dentro de la región interna de ∼ 1,5 kpc × 1,3 kpc de NGC 7469 muestra un pico central, que representa solo aproximadamente el 1% del SFR total capturado en la región cartografiada, y una estructura en forma de anillo no homogénea. con varios puntos críticos que se concentran en gran medida hacia las direcciones noreste y suroeste (Figura 1), que recuerdan la morfología observada en observaciones anteriores de radio e IR medio.
La distribución del gas H2 traza aproximadamente el mapa SFR, mientras que los grupos de gas molecular a lo largo del anillo circunnuclear no coinciden espacialmente con los puntos calientes de formación de estrellas. Curiosamente, el gas molecular se acumula hacia la región nuclear (dentro de ∼ 1′′ central), en contraste con la distribución de SFR, que es más prominente en los puntos calientes del anillo.
El desajuste entre el gas y las estrellas jóvenes se ve mejor en la distribución de la eficiencia de formación estelar, SFE = SFR/MH2, que presenta un mínimo en la posición del núcleo, así como en una brecha en ∆Y = −0,3 en la porción oriental del anillo (Figura 2a), mientras que los sitios de conversión más eficiente de gas en estrellas ocurren en dos concentraciones en el anillo circunnuclear.
Los dos sitios de formación estelar eficiente coinciden aproximadamente con los extremos de los dos brazos de gas en espiral visibles en la emisión de CO. Toda la región circunnuclear de NGC 7469 está actualmente formando estrellas vigorosamente, con una eficiencia que la califica como un estallido estelar. El tiempo promedio de agotamiento del gas a lo largo del anillo es tdep ≡ SFE−1 ≈ 30 Myr, con valores tan bajos como ∼ 13 Myr en los puntos críticos. Incluso el núcleo y la región de la brecha oriental tienen tiempos de agotamiento de gas de aproximadamente 45 Myr, que aún son significativamente más cortos que los de las galaxias de secuencia principal con formación de estrellas (tdep = 2,35 Gyr).
Además, la Figura 2b ilustra que, a excepción de unos pocos píxeles al sureste del núcleo, que corresponden aproximadamente a la región SFE mínima nuclear en (∆X, ∆Y) = (0.3, −0.3), el parámetro Q de Toomre tiene valores menores de 1 en la mayor parte de la región central de NGC 7469, en consonancia con su naturaleza de estallido estelar.
La distribución del índice de ley de potencia n de la temperatura de excitación del gas molecular cálido obtenido para la región central de NGC 7469 (Figura 3a) concuerda bien con los valores de las galaxias Seyfert y ULIRG locales con brillo IR, mientras que los valores de n están en en promedio más pequeño (lo que indica una mayor fracción de gas caliente) que el valor medio de las galaxias cercanas con formación de estrellas y los AGN de baja luminosidad.
En particular, los valores de n en la región circunnuclear de NGC 7469 caen gradual pero sistemáticamente hacia el núcleo, lo que indica un aumento central en la temperatura del gas molecular. Estos resultados sugieren que el núcleo activo impulsa algún mecanismo de calentamiento de gas en la región central, que puede ser responsable del SFE relativamente deprimido en el centro.
La línea de emisión de ionización más alta de [Ne III] de la región central exhibe movimientos prominentes desplazados hacia el azul y hacia el rojo, así como grandes dispersiones de velocidad, indicativas de un flujo de salida ionizado bipolar sub-kpc (Figura 3b), que puede contribuir a reducir el SFE en el núcleo.
A pesar de las manifestaciones observables del agujero negro supermasivo altamente acrecentador de NGC 7469, la retroalimentación AGN en general tiene un impacto insignificante en el medio circunnuclear frío o en su capacidad para formar estrellas. El anillo circunnuclear de la galaxia sigue siendo un estallido estelar saludable, e incluso la propia región nuclear forma estrellas con sustancial eficiencia.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
