O estudo recente utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelou novos insights sobre a estrutura e dinâmica da galáxia espiral NGC 891. Esta pesquisa se concentra na intrincada interação entre o disco da galáxia e seu meio circungaláctico (CGM), uma região que há muito tempo intriga os astrônomos devido ao seu papel no ciclo do material bariônico. Ao empregar a resolução e a sensibilidade sem precedentes dos instrumentos NIRCam e MIRI do JWST, o estudo revela subestruturas detalhadas dentro do CGM, oferecendo uma imagem mais clara dos perfis verticais de estrelas, gás e poeira nesta galáxia prototípica.
Uma das principais descobertas desta pesquisa é a detecção de plumas empoeiradas verticais e superbolhas que se estendem por vários quiloparsecs acima do disco da galáxia. Acredita-se que essas estruturas sejam o resultado de ventos galácticos impulsionados por feedback, que transportam material das regiões de formação de estrelas dentro do disco para o CGM. A presença de poeira em altitudes tão elevadas levanta questões intrigantes sobre os mecanismos que permitem que pequenos grãos de poeira sobrevivam no ambiente hostil do CGM. O estudo sugere que esses grãos podem estar protegidos dentro de nuvens densas ou em camadas mistas, onde podem persistir por dezenas de milhões de anos.
As implicações dessas descobertas vão além da NGC 891, pois fornecem uma estrutura para a compreensão dos processos que governam a troca de material entre as galáxias e seus ambientes circundantes. O estudo destaca o potencial de futuras observações espectroscópicas para desvendar ainda mais as complexidades da sobrevivência e do transporte de poeira no CGM. Ao esclarecer esses processos dinâmicos, a pesquisa contribui para uma compreensão mais ampla da evolução das galáxias e do papel do CGM no ciclo de vida da matéria bariônica.
Os pesquisadores apresentam novas observações da galáxia espiral NGC 891, de lado a lado, usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST). A metade norte do disco da galáxia foi observada com a Câmera de Infravermelho Próximo (NIRCam) usando os filtros F150W e F277W. Essas observações revelam características de absorção no plano médio da imagem da F150W, junto com plumas verticais de poeira que se assemelham às vistas em comprimentos de onda ópticos. Além disso, uma área significativa do meio circungaláctico inferior (CGM) foi mapeada usando o filtro F770W do Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) com uma resolução de 12 parsecs, permitindo a detecção de emissão de poeira que se estende até aproximadamente 4 kiloparsecs do disco. Essa emissão é observada na forma de filamentos, arcos e superbolhas.
O estudo sugere que alguns desses filamentos podem ser rastreados até regiões com atividade recente de formação de estrelas, indicando que os ventos galácticos movidos por feedback são cruciais na regulação do ciclo do material bariônico. A presença de poeira em grandes altitudes levanta questões sobre os mecanismos responsáveis por seu transporte e sugere que pequenos grãos de poeira podem sobreviver por dezenas de milhões de anos após serem ejetados pelos ventos galácticos na interface disco-halo. O artigo propõe vários cenários para explicar essa emissão: grãos de poeira podem estar protegidos dentro das camadas externas de nuvens densas e frias expelidas do disco da galáxia, ou a emissão pode se originar da mistura de camadas ao redor dessas nuvens, onde o gás quente esfria e se mistura com as nuvens mais frias.
Espera-se que os dados iniciais e os próximos estudos espectroscópicos aumentem a compreensão da sobrevivência dos grãos de poeira em ambientes energéticos e seu papel na reciclagem de material bariônico no plano médio das galáxias.
São investigados os processos dinâmicos que ocorrem na interface disco-halo das galáxias, enfatizando sua importância na formação e evolução de galáxias. Essa região é crucial para entender os processos de entrada e saída que impactam a taxa de formação estelar e a metalicidade de uma galáxia por meio da reciclagem de material galáctico e da entrada de gás puro. A interação entre o disco e o meio circungaláctico (CGM) é destacada como um fator chave para restringir a evolução da galáxia, que é essencial para a compreensão da diversidade de galáxias observada hoje.
Os pesquisadores discutem as origens do gás na interface disco-halo, que pode resultar do acréscimo de gás, resfriamento do CGM ou material ejetado do plano médio da galáxia. Esses processos às vezes podem ser vinculados a eventos únicos, formando fontes galácticas onde o material expelido esfria e volta ao plano médio. A introdução também destaca a importância dos fluxos galácticos massivos na regulação da evolução das galáxias, embora as principais forças motrizes por trás dessas saídas permaneçam não identificadas.
O estudo reconhece os desafios enfrentados pelos modelos atuais de evolução de galáxias na caracterização da eficiência dos mecanismos de feedback que regulam as alturas da escala vertical do disco de uma galáxia e geram fluxos de saída orientados por feedback. As simulações são reconhecidas como ferramentas poderosas para entender esses mecanismos de troca, embora simulações cosmológicas em grande escala frequentemente falhem em resolver camadas extraplanares, levando a discrepâncias entre as taxas de saída de massa previstas e observadas. Simulações de alta resolução, no entanto, oferecem uma comparação mais direta com as observações da interface disco-halo e tendem a prever taxas de saída de massa mais baixas consistentes com os valores observados.
Também se destaca as vantagens de estudar galáxias laterais, que permitem uma investigação detalhada da extensão vertical de diferentes componentes e dos perfis verticais de estrelas, gás e poeira. Observações de gás atômico, gás ionizado e raios-X relataram estruturas acima do disco de galáxias, semelhantes às vistas em NGC 891, o foco deste estudo. A resolução e a sensibilidade sem precedentes do JWST permitem o estudo de subestruturas no CGM, o que antes era impossível nesses comprimentos de onda.
Para a realização do estudo foi utilizada uma combinação de técnicas observacionais e métodos de análise de dados para estudar a galáxia espiral NGC 891 de lado a lado usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST). As observações se concentram na metade norte do disco da galáxia, utilizando os instrumentos NIRCam e MIRI para capturar imagens detalhadas em filtros específicos. As observações NIRCam foram conduzidas usando os filtros F150W e F277W, enquanto as observações MIRI foram realizadas com o filtro F770W, permitindo aos pesquisadores mapear uma área significativa do meio circungaláctico inferior (CGM) em alta resolução.
O processo de redução de dados envolveu o teste de vários valores de parâmetros para alcançar o melhor compromisso na minimização de artefatos e efeitos de subtração excessiva. Apesar de alguns artefatos remanescentes e áreas com valores negativos devido ao deslocamento do apontamento durante a subtração de fundo, determinou-se que esses problemas não afetariam as conclusões do estudo. O bloco de fundo usado para subtração continha fontes brilhantes, o que levou à subtração excessiva nos pontos da fonte principal.
Para as observações do MIRI F770W, um método iterativo de recorte 3σ foi aplicado a todo o mapa após mascarar fontes subtraídas em excesso. Esse processo ajudou a determinar uma mediana de ruído e um grande desvio padrão, atribuídos ao ruído instrumental em vez de variações astronômicas no fundo. Além disso, fontes brilhantes e saturadas foram mascaradas usando o pacote WebbPSF para criar máscaras de função de propagação de pontos (PSF), que foram alinhadas manualmente com essas fontes. Esse processo de mascaramento foi essencial para garantir que a análise não fosse afetada por picos de saturação.
A estratégia observacional do estudo aproveitou a orientação lateral da NGC 891, que oferece uma oportunidade única de investigar a extensão vertical dos componentes da galáxia. Essa orientação permite um exame detalhado dos perfis verticais de estrelas, gás e poeira, oferecendo informações sobre a interface disco-halo e os processos que ocorrem dentro dela [5]. A alta sensibilidade e resolução do JWST foram cruciais para detectar a emissão de poeira e estruturas como filamentos, arcos e superbolhas que se estendem do disco até o CGM.
No geral, os métodos empregados neste estudo aproveitam capacidades observacionais avançadas e técnicas meticulosas de análise de dados para explorar as complexas interações e estruturas dentro da NGC 891, contribuindo para uma compreensão mais profunda dos processos de evolução das galáxias.
O estudo da NGC 891 emprega um conjunto diversificado de dados observacionais, principalmente do Telescópio Espacial James Webb (JWST), complementados por dados auxiliares de outros telescópios e arquivos.
A principal fonte de dados para este estudo é o JWST, que forneceu imagens de alta resolução da NGC 891. As observações foram conduzidas usando dois dos instrumentos do JWST: NIRCam e MIRI. O NIRCam foi usado com os filtros F150W e F277W para capturar a metade norte do disco da galáxia, enquanto as observações MIRI foram realizadas com o filtro F770W para mapear uma área significativa do meio circungaláctico inferior (CGM) em escalas de 12 pc.
Além dos dados do JWST, o estudo incorpora dados auxiliares de várias outras fontes:
- Dados ópticos: dados de banda V do telescópio WIYN no Observatório Nacional de Kitt Peak foram usados junto com dados do NIRCam para criar uma imagem tricolor da galáxia.
- Telescópio Isaac Newton: As observações feitas nos filtros BRI com a Wide Field Camera do Telescópio Isaac Newton foram baixadas e processadas. Esses dados foram usados para construir perfis verticais de emissão, fornecendo informações adicionais sobre a estrutura da galáxia.
- Telescópio Espacial Hubble: A imagem NICMOS PA-α do Telescópio Espacial Hubble foi utilizada para identificar regiões no disco com altas taxas de formação de estrelas. Esses dados faziam parte da proposta ID 7919 (PI: Sparks).
O estudo também envolveu o processamento desses conjuntos de dados usando métodos padrão de redução de dados. Os mapas derivados dessas observações estão em unidades de “densidades fotométricas”, e os pesquisadores optaram por não converter essas unidades. Em vez disso, eles normalizaram os dados de forma semelhante para investigar mudanças nas formas dos perfis.
Ao integrar essas diversas fontes de dados, o estudo fornece uma visão abrangente da NGC 891, permitindo uma análise detalhada de seu disco e meio circungaláctico. Essa abordagem multifacetada permite uma compreensão mais profunda da estrutura da galáxia e dos processos que ocorrem dentro dela.
O estudo sobre a NGC 891, apresenta vários resultados significativos, com foco no disco e no meio circungaláctico (CGM) da galáxia.
Um dos principais resultados é a detecção da emissão de poeira que se estende até aproximadamente 4 kpc do disco. Essa emissão é observada na forma de filamentos, arcos e superbolhas, que são indicativos de estruturas complexas dentro do CGM. A presença de poeira nessas altitudes levanta questões sobre os mecanismos responsáveis pelo transporte de poeira do disco para o CGM e sugere que pequenos grãos de poeira podem sobreviver por dezenas de milhões de anos após serem ejetados pelos ventos galácticos.
O estudo descobriu que alguns dos filamentos detectados podem ser rastreados até regiões com atividade recente de formação de estrelas. Essa observação sugere que os ventos galácticos impulsionados por feedback desempenham um papel crucial na regulação do ciclo do material bariônico entre o disco e o CGM. A conexão entre esses filamentos e regiões de alta taxa de formação de estrelas apóia a ideia de que o feedback da formação estelar é um fator significativo do transporte de material nas galáxias.
Os dados do MIRI revelam a presença de superbolhas, com uma previamente detectada a aproximadamente 7 kpc e duas superbolhas adicionais se estendendo até cerca de 1,25 e 3,5 kpc. Essas estruturas estão associadas a plumas empoeiradas e características grumosas, que são analisadas no contexto de suas implicações para a sobrevivência de pequenos grãos carbonáceos e sua conexão com o disco.
O estudo discute vários cenários para explicar a emissão de poeira observada, incluindo a possibilidade de que os grãos de poeira estejam protegidos dentro das camadas externas de nuvens densas e frias expelidas do disco da galáxia. Alternativamente, a emissão pode se originar da mistura de camadas ao redor desses aglomerados frios, onde o material do gás quente esfria e se mistura com as nuvens frias. Esses cenários destacam a complexa interação entre as diferentes fases do meio interestelar e os desafios na compreensão da sobrevivência da poeira em ambientes energéticos.
No geral, os resultados fornecem uma visão única de como o material frio do disco é transportado para fora do disco por meio de ventos galácticos e por quanto tempo esses bolsões frios de material podem sobreviver no CGM interno, oferecendo informações sobre os processos que governam o ciclo bariônico nas galáxias.
As descobertas das observações da NGC 891 pelo JWST não apenas aprimoram nossa compreensão dessa galáxia específica, mas também fornecem uma perspectiva mais ampla sobre os mecanismos que governam a interação entre galáxias e seus ambientes circungalácticos. Os insights do estudo sobre a sobrevivência de grãos de poeira em grandes altitudes desafiam os modelos existentes e sugerem que esses grãos são mais resistentes do que se pensava anteriormente. Essa resiliência provavelmente se deve ao seu encapsulamento em nuvens densas ou nas camadas protetoras formadas nas zonas de mistura do CGM, onde prevalecem condições mais frias e densas.
Além disso, a pesquisa ressalta a importância dos ventos galácticos impulsionados por feedback na formação da estrutura do CGM. Esses ventos, originários de regiões de intensa formação estelar, desempenham um papel crucial na redistribuição do material bariônico, influenciando tanto a composição química quanto a dinâmica física da galáxia. A capacidade do estudo de rastrear esses ventos até suas origens dentro do disco destaca a interconexão dos processos galácticos e a importância das observações de vários comprimentos de onda na captura dessas interações complexas.
Olhando para o futuro, o estudo prepara o terreno para futuras investigações que se aprofundarão nos processos de transporte e sobrevivência de poeira no CGM. Os próximos dados espectroscópicos serão fundamentais para identificar as condições específicas que permitem que os grãos de poeira persistam em tais ambientes energéticos. Ao continuar explorando esses fenômenos, os pesquisadores pretendem refinar nossa compreensão da evolução das galáxias e do papel crítico que o CGM desempenha no ciclo de vida das galáxias. Esta pesquisa não apenas aprimora nosso conhecimento da NGC 891, mas também contribui para o campo mais amplo da astrofísica, fornecendo um modelo para estudar processos semelhantes em outras galáxias
Fonte:
https://arxiv.org/pdf/2408.08026
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Artigo original:
spacetoday.com.br