The cold interstellar medium of a normal sub-$L^\star$ galaxy at the end of reionization
F. Valentino, S. Fujimoto, C. Giménez-Arteaga, G. Brammer, K. Kohno, F. Sun, V. Kokorev, F. E. Bauer, C. Di Cesare, D. Espada, M. Lee, M. Dessauges-Zavadsky, Y.… 展开作者
F. Valentino, S. Fujimoto, C. Giménez-Arteaga, G. Brammer, K. Kohno, F. Sun, V. Kokorev, F. E. Bauer, C. Di Cesare, D. Espada, M. Lee, M. Dessauges-Zavadsky, Y. Ao, A. M. Koekemoer, M. Ouchi, J. F. Wu, E. Egami, J. -B. Jolly, C. del P. Lagos, G. E. Magdis, D. Schaerer, K. Shimasaku, H. Umehata, W. -H. Wang
备注：
Accepted for publication in A&A; 13 pages+appendix; supplementary figures: https://doi.org/10.5281/zenodo.10703293. See also the companion papers on arXiv: Fujimoto+2024 and Giménez-Arteaga+2024
We present the results of a ~60-hr observational campaign with ALMA targeting a spectroscopically confirmed and lensed sub-$L^\star$ galaxy at z=6.07, identified during the ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS). We sample the dust continuum emission from rest frame 90 to 370 $μ$m at six different frequencies and set constraining upper limits on the molecular gas line emission and content via CO(7-6) and [CI](2-1) for two lensed images with $μ\gtrsim20$. Complementing these sub-mm observations with deep optical and near-IR photometry and spectroscopy with JWST, we find this galaxy to form stars at a rate of SFR~7 Msun/yr, ~50-70% of which is obscured by dust. This is consistent with what is expected for a $M_\star$~7.5$\times10^{8}$ Msun object by extrapolating the $M_\star$-obscured SFR fraction relation at z<2.5 and with observations at 5<z<7. The dust temperature of ~50K is similar to that of more massive galaxies at similar redshifts, although with large uncertainties and with possible negative gradients. We measure a dust mass of $M_{\rm dust}$~1.5$\times10^6$ Msun and, by combining [CI], [CII], and a dynamical estimate, a gas mass of ~2$\times10^9$ Msun. Their ratio is in good agreement with the predictions from models in the literature. The $M_{\rm dust}$/$M_\star$ fraction of ~0.002 and the young stellar age are consistent with dust production via supernovae. Also, models predict a number density of galaxies with $M_{\rm dust}\sim10^{6}$ Msun at z=6 in agreement with our estimate from the parent ALCS survey. The combination of lensing and multiwavelength observations allow us to probe luminosity regimes up to two orders of magnitude lower than what has been explored so far for field galaxies at similar redshifts. Our results serve as a benchmark for future observations of faint sub-$L^\star$ galaxy population that might have driven the reionization of the Universe. [Abridged]
A Potential Link between Nuclear Winds and Cold Gas Outflows on Kiloparsec Scales in Reionization-Era Quasars
Steward Observatory, University of Arizona（亚利桑那大学斯图尔德天文台）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；Department of Astronomy, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院天文学系）；Center for Astronomy and Astrophysics and Department of Physics, Fudan University（复旦大学天文与空间科学中心及物理系）；Department of Space, Earth, & Environment, Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学空间、地球与环境系）；Department of Physics & Astronomy, University of California, Riverside（加州大学河滨分校物理与天文学系）；Department of Astronomy, University of Michigan（密歇根大学天文学系）；Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）
Interacting galaxies on FIRE-2: The connection between enhanced star formation and interstellar gas content
我们提出了一套全面的高分辨率（秒差距尺度），理想化的（非宇宙学）星系合并模拟（24轮，恒星质量比~2.5：1），以研究相互作用引起的恒星形成和星际介质（ISM）在各种温度密度制度的演变之间的联系。我们使用GIZMO代码和第二版的“真实环境中的反馈”模型（FIRE-2），该模型捕获了ISM的多阶段结构。我们的模拟旨在代表本地宇宙中的星系合并。在这项工作中，我们专注于“星系对周期”之间的第一次和第二次近心轴通道。我们分裂的ISM分为四个制度：热，温暖，冷，冷密集，热，电离，原子和分子的气体在真实星系中观察到的阶段的动机。我们发现，平均而言，相互作用提高了这对恒星的形成率（约30%，合并套件样本平均值），并提高了它们的冷致密气体含量（约18%）。这伴随着热气体的减少（~11%），冷气体的变化可以忽略不计（~4%的增加），以及热气体的大幅增加（~400%）。密度超过1000 cm ^3的冷密气体（冷超密区）的数量显著增加（约240%），但仅占冷密气体预算的0.15%（平均）。
DUSTiER (DUST in the Epoch of Reionization): dusty galaxies in cosmological radiation-hydrodynamical simulations of the Epoch of Reionization with RAMSES-CUDATON
近年来，星际尘埃已成为高红移宇宙和甚高红移宇宙研究中的一个重要课题。证据表明，在再电离时期，大质量恒星形成星系中已经存在高尘埃质量，可能影响电离光子逃逸到星系际介质中。此外，正确估计紫外波长处的尘埃消光对于精确的紫外光度函数（UVLF）预测和解释至关重要。本文研究了尘埃对高红移星系观测性质的影响，以及宇宙再电离。为此，我们耦合的物理模型尘埃生产的完全耦合的辐射流体动力学宇宙学模拟代码RAMSES-CUDATON，并执行$16^3$，$2048^3$，模拟，我们称之为DUSTiER的尘埃在再电离时代。它产生的星系与尘埃质量和紫外线斜率兼容的限制在z $\geq 5$。我们发现，消光对UVLF的亮端有着巨大的影响，甚至早在$\rm z=8$，我们的尘埃UVLF比无尘UVLF更符合观测。在$\rm z=5$中，被遮蔽的恒星形成的比例上升到45%，与ALMA的一些最新结果一致。最后，我们发现尘埃减少了质量比$10^{10} M_\odot$（比$\approx -18$ MAB 1600亮）大的星系的电离光子逃逸> 10%，对于我们最大的星系可能高达80-90%。然而，我们发现电离逃逸分数首先是由星系中的中性氢决定的，因为后者产生的传输比单独通过尘埃小100倍。
Influence of galactic arm scale dynamics on the molecular composition of the cold and dense ISM II. Molecular oxygen abundance
分子氧一直是许多观测研究的主题，因为化学模型预测它是氧气的储存库。虽然它已经在星际介质的两个区域被探测到，但它的稀有性对天体化学模型来说是一个挑战。在本文中，我们结合了计算的物理条件与光滑粒子流体动力学（SPH）模拟与我们的全气体颗粒化学模型鹦鹉螺，研究预测的O2丰度在星际物质形成冷芯。因此，我们遵循的气体和冰的化学演化的物质包裹从弥漫的星际条件冷致密的核心。我们的大多数预测的O2丰度低于1 e-8（相对于总质子密度）和预测的柱密度在模拟冷芯是在最大的几个1 e 14 cm-2，在协议的非检测限。这种低的O2丰度可以通过以下事实来解释，即在大部分星际材料中，在O2可以在气相中形成并且免受UV光解离之前，原子氧被耗尽到晶粒表面上（并且被氢化以形成H2O）。我们之所以能得到这个结果，是因为我们考虑了从弥散介质到冷核的物理条件演化的全部历史。
Small-Scale HI Channel Map Structure is Cold: Evidence from Na I Absorption at High Galactic Latitudes
中性氢辐射的空间分布是研究星际介质物理的重要手段。在H I通道图中的小尺度结构通常被假定为探测速度场而不是真实的密度结构。在这项工作中，我们使用高分辨率的GALFA-H I观测和SDSS的50，985个类星体光谱直接测试了这一假设。我们测量了星际Na I D $_1$和Na I D $_2$吸收的等效宽度，并有力地得出结论：它们对H I中小尺度结构的柱密度的依赖性比对大尺度H I结构或总H I柱的依赖性更强。这与小尺度通道图结构由速度拥挤驱动的假设不一致。相反，这些数据支持这样的解释，即这种发射结构主要起源于寒冷、致密的星际物质，与寒冷的中性介质一致。
The Distribution of Thermal Pressures in the Diffuse, Cold Neutral Medium of our Galaxy. II. An Expanded Survey of Interstellar C I Fine-Structure Excitations
我们分析了吸收特征所产生的星际中性碳，出现在紫外光谱中记录的89颗恒星在最高分辨率的阶梯光栅模式的STIS的HST，使我们可以确定碰撞激发的原子的电子基态的精细结构能级的相对布居。从这些信息中，我们得到了在扩散，冷中性介质中的热压力分布。我们发现对数正态压力分布（按质量加权），对数（p/k）平均值等于3.58，均方根色散至少为0.175 dex，这可能是由特征马赫数在1 < M < 4范围内的湍流引起的。然而，分布中的极端尾部高于对数正态函数。总的来说，压力与当地的星光强度和极端的运动学有很好的相关性。大约23%的气体处于低于静态冷中性介质所允许的压力下。几乎所有的气体都伴随着一小部分（~0.05%）具有非常大的压力，log（p/k）> 5.5，这种情况在高速或星光密度增强的区域更普遍。这项调查表明，在寒冷的中性ISM中，热压力的分散主要受恒星形成区驱动的微观湍流控制，还有一些来自宏观事件的额外影响（例如，SN爆炸），这些测量为未来研究湍流对ISM和恒星形成的更广泛影响提供了限制。
Modeling Dust Production, Growth, and Destruction in Reionization-Era Galaxies with the CROC Simulations II: Predicting the Dust Content of High-Redshift Galaxies
MEGATRON: Dwarf Galaxy Quenching in the Epoch of Reionization
University of Sussex（萨塞克斯大学）；DISCnet Centre for Doctoral Training, University of Sussex（萨塞克斯大学 DISCnet 博士培训中心）；University of Bath（巴斯大学）；Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）；Institut d’Astrophysique de Paris, Sorbonne Université, CNRS（巴黎天体物理研究所，索邦大学，法国国家科学研究中心）；University of Oxford（牛津大学）
When dust growth takes over: the origin of dust in post-reionization galaxies
INAF – Astronomical Observatory of Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）；University of Khartoum – Department of Physics（喀土穆大学）；IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；Caltech/IPAC（加州理工学院/IPAC）；Tianjin Astrophysics Center, Tianjin Normal University（天津师范大学天津天体物理中心）；Institute for Physics, Laboratory for Galaxy Evolution, EPFL（洛桑联邦理工学院）
The first three-dimensional map of thermal phases in the local interstellar medium
Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
Isotopic Evidence for a Cold and Distant Origin of the Interstellar Object 3I/ATLAS
NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；Catholic University of America（天主教大学）；American University（美国大学）；European Space Agency（欧洲空间局）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université（巴黎天文台，PSL大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学，塞吉-蓬图瓦兹大学）
