晚期星系演化中的尘埃与多环芳烃（PAHs）：基于JWST与ALMA对高红移宁静星系的观测，热脉冲渐近巨星支（TP-AGB）尘埃注入、 grain生长及AGN反馈的印记
Dust and PAHs in late-stage galaxy evolution: Imprints of TP-AGB dust injection, grain growth and AGN feedback in high-z quiescent galaxies with JWST and ALMA
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中文总结 AI 辅助
该研究提出首个模拟QGs猝灭后尘埃、冷气体与PAHs耦合演化的半解析模型，揭示TP-AGB尘埃注入、grain生长及AGN反馈对尘埃分布的调控作用，为探测高红移QGs的ISM演化提供新探针。
中文摘要 AI 辅助
晚期星系演化中一个主要未知问题是，恒星形成猝灭后冷星际介质（ISM）的调控机制，这一问题对解释ALMA和JWST探测到的红移z~7的宁静星系（QGs）中的分子气体、尘埃及恒星成分至关重要。我们提出首个半解析模型，该模型采用灵活的恒星形成历史，跟踪小型、大型碳质及硅酸盐 grain，同时模拟猝灭后尘埃、冷气体与多环芳烃（PAHs）的耦合演化。在z~1处，我们发现恒星质量（M_★~8×10^10 M_⊙）、恒星族年龄（~2 Gyr）及冷气体丰度（f_gas~1-10%）相近的QGs，其尘埃质量与恒星质量比（M_dust/M_★）、尘埃质量与气体质量比（M_dust/M_gas）跨度达2-3个数量级，范围从恒星形成星系的典型比值到高度耗尽的尘埃状态。这种多样性源于热脉冲渐近巨星支（TP-AGB）恒星的延迟尘埃注入及ISM grain生长，二者可在恒星形成猝灭后维持尘埃增丰长达~2.5 Gyr。若缺少这些渠道，猝灭前的M_dust会在≤0.5-1 Gyr内降至初始值的10%以下，且当AGN反馈活跃时，衰减速度会翻倍。即使冷尘埃总量低于ALMA连续谱探测限（M_dust/M_★≲10^-4），猝灭后尘埃处理的印记仍会以大量小型碳质 grain 及~2-3%的PAH丰度存在，这类特征可通过JWST/MIRI在微央斯基（μJy）深度下探测，用于研究ALMA暗弱星系中经化学增丰的尘埃相。总体而言，尘埃与PAHs可作为QGs中ISM演化不同阶段的独立探针，而非仅作为前一恒星形成阶段残余冷ISM的示踪物。
英文摘要
A major unknown in late-stage galaxy evolution is what regulates the cold interstellar medium (ISM) after quenching, a question central to interpreting molecular gas, dust, and stellar content in quiescent galaxies (QGs) now probed by ALMA and JWST to $z\sim7$. We present the first semi-analytic model that follows the coupled post-quenching evolution of dust, cold gas, and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), using flexible star-formation histories and a framework tracking small and large carbonaceous and silicate grains. At $z\sim1$, we find that QGs of similar mass ($M_\star\sim8\times10^{10} M_\odot$), stellar-population age ($\sim2$ Gyr), and cold gas fractions ($f_{\rm gas}\sim1$-$10\%$), span $2$-$3$ dex in $M_{\rm dust}/M_\star$ and $M_{\rm dust}/M_{\rm gas}$, ranging from star-forming-like ratios to highly depleted dust states. The diversity arises from delayed dust injection by thermally pulsing asymptotic giant branch (TP-AGB) stars and ISM grain growth, which sustain dust enrichment for up to $\sim2.5$ Gyr after quenching. Without these channels, the pre-quenching $M_{\rm dust}$ falls below $10\%$ of its initial value within $\lesssim0.5$-$1$ Gyr, and twice as fast when AGN feedback is active. The imprint of post-quenching dust processing persists in substantial reservoirs of small carbonaceous grains, with PAH fractions of $\sim2$-$3\%$, even if the cold-dust budget falls below typical ALMA continuum detection limits ($M_{\rm dust}/M_\star\lesssim10^{-4}$). Such signatures may remain detectable with JWST/MIRI at $μ$Jy depths, probing chemically enriched dust phases in otherwise ALMA-faint galaxies. Altogether, dust and PAHs provide independent probes of distinct stages of ISM evolution in QGs, rather than simply tracing the residual cold ISM of the preceding star-forming phase.
发表机构
- National Center for Nuclear Research（国家核研究中心）
- SISSA（的里雅斯特国际高等研究学院）
- INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste（意大利国家天体物理研究所的里雅斯特天文台）
- INAF - Osservatorio Astronomico d’Abruzzo（意大利国家天体物理研究所阿布鲁佐天文台）
- Department of Astronomy, University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校天文学系）
- Cosmic Dawn Center (DAWN)（宇宙黎明中心）
- Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学物理与天文学系）
- Caltech/IPAC（加州理工学院/IPAC）
- IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe（基础物理学宇宙研究所）
- Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA（天体生物学中心）
- Max-Planck-Institut für Radioastronomie（马克斯·普朗克射电天文研究所）
- Center for Astrophysics and Cosmology, University of Nova Gorica（新戈里察大学天体物理学与宇宙学中心）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
