Formation des étoiles dans les amas de galaxies à grand décalage vers le rouge

Les Amas de galaxies sont de grands groupes de galaxies qui sont maintenus ensemble par la gravité. Ils offrent un environnement unique pour étudier la formation et l'évolution des galaxies. Cet article se concentre sur l'étude de la formation d'étoiles au sein de ces amas, en particulier à des décalages vers le rouge élevés, qui correspondent à une époque de l'univers où les galaxies se formaient plus rapidement qu'aujourd'hui.

#Contexte

À des décalages vers le rouge de 1,6 à 2,0, les scientifiques s'attendent à ce que les amas de galaxies soient des sites actifs pour la formation d'étoiles. Pour enquêter là-dessus, une enquête a été menée à l'aide d'un télescope pour observer des longueurs d'onde spécifiques de lumière provenant de ces amas. Le télescope utilisé pour l'enquête s'appelle SCUBA-2, qui fonctionne à une longueur d'onde de 850 microns.

#L'enquête

Huit amas de galaxies ont été sélectionnés pour l'enquête. Ces amas ont été observés pour chercher des signes de formation d'étoiles. L'objectif principal de cette étude était de découvrir combien de galaxies formaient des étoiles dans ces amas.

En utilisant des données en infrarouge moyen, les chercheurs ont identifié des contreparties possibles aux sources détectées par SCUBA-2. Cette méthode a permis d'identifier 53 membres de galaxies potentiels au sein de 45 sources SCUBA-2, suggérant que beaucoup de ces galaxies appartiennent aux amas étudiés.

#Résultats sur les taux de formation d'étoiles

L'enquête a révélé que le nombre moyen de galaxies formant des étoiles était nettement plus élevé dans ces amas à décalage vers le rouge élevé par rapport à ceux à proximité. L'étude a estimé que les taux de formation d'étoiles dans ces amas étaient deux fois plus élevés que ce qui est observé dans les amas voisins. Cela soutient l'idée que les amas deviennent des sites plus actifs pour la formation d'étoiles à mesure qu'ils augmentent en masse.

De plus, les masses estimées des galaxies trouvées dans ces amas suggèrent qu'elles évolueront vers certaines des galaxies les plus massives que nous observons aujourd'hui. Cela contribue à comprendre qu'un grand nombre de galaxies massives se sont probablement formées pendant cette période active de formation d'étoiles entre les décalages vers le rouge de 1,5 à 2.

#Comparaison avec les amas locaux

En comparant les résultats avec les amas locaux (ceux à des décalages vers le rouge inférieurs à 0,5), les chercheurs ont constaté que les taux de formation d'étoiles dans les amas à décalage vers le rouge élevé sont nettement plus élevés. Cela renforce l'idée que les galaxies dans des environnements plus denses évoluent plus rapidement et ont plus de chances de former des étoiles que celles dans des zones moins denses.

Les observations ont montré que les méthodes de sélection peuvent influencer la perception de l'activité de formation d'étoiles. De nombreuses études précédentes reposaient sur l'identification des amas en fonction de la surdensité de galaxies ou de sources actives plutôt que sur des mesures de masse plus fiables. Cela peut biaiser les résultats en faveur de systèmes plus actifs.

#Défis d'interprétation

L'interprétation de l'activité de formation d'étoiles est compliquée. De nombreux amas ont été découverts sur la base de la présence de galaxies en formation d'étoiles. Cela peut rendre difficile l'évaluation des niveaux réels de formation d'étoiles dans les amas moins actifs.

De meilleures méthodes pour identifier les amas sont nécessaires. Des traçeurs de masse de haute qualité, comme la luminosité X et d'autres mesures de masse, peuvent fournir une image plus claire de l'activité de formation d'étoiles. Identifier les amas en utilisant ces méthodes permettrait aux chercheurs d'obtenir une compréhension moins biaisée.

#Méthodologie des observations

L'enquête a utilisé des observations SCUBA-2 à la fois à 850 et 450 microns dans des conditions météorologiques adéquates. Chaque amas a été observé pendant environ dix heures avec un schéma de cartographie spécifique pour garantir une couverture complète.

Les données de divers projets ont été combinées, profitant d'informations précédemment collectées pour renforcer la fiabilité des résultats. Le processus a impliqué une réduction, un nettoyage et une calibration soignée des données pour garantir des résultats précis.

#Détection des sources

L'identification des sources dans les cartes SCUBA-2 a été réalisée à l'aide d'un algorithme de détection des pics de haut en bas. Cela impliquait de détecter des pics significatifs dans les données à un seuil spécifié. La méthode a analysé les données pour trouver les sources les plus fiables.

Toutes les sources dans les cartes à 850 microns ont été classées en fonction de leur signification. Une petite fraction des sources détectées était probablement des faux positifs. Pour améliorer la précision de la détection, les chercheurs ont effectué des analyses supplémentaires, y compris des simulations de jack-knife.

Le processus de détection global a démontré un nombre robuste de sources confirmées, avec une distinction définie entre les sources principales et secondaires en fonction de leur fiabilité.

#Densité cumulative et distribution radiale

L'analyse de la densité de surface cumulative des galaxies submillimétriques (SMGs) par rapport aux comptages de champs a montré qu'il y a des sources excessives dans les régions centrales des amas.

La distribution de densité radiale a illustré qu'il y avait une augmentation significative du nombre de sources détectées près des centres des amas. Cela indique que la formation d'étoiles est plus concentrée dans les régions centrales, en accord avec les attentes basées sur la dynamique des amas.

#Comparaison avec des observations précédentes

L'étude a comparé ses résultats avec des observations précédentes des sources SCUBA-2 dans des zones similaires. L'analyse a montré une cohérence avec les résultats antérieurs tout en identifiant de nouveaux aspects de l'activité de formation d'étoiles dans les amas.

Les données recueillies auprès de différentes sources ont indiqué que de nombreuses caractéristiques observées de ces galaxies s'alignaient bien avec celles observées dans des études précédentes de galaxies submillimétriques.

#Propriétés des sources détectées

Les propriétés observées des sources détectées ont été analysées, fournissant un aperçu de leurs masses stellaires potentielles et des taux de formation d'étoiles. L'analyse a révélé une large gamme de masses stellaires parmi les sources détectées, beaucoup d'entre elles étant susceptibles de former des composants significatifs de la population de galaxies dans leurs amas respectifs.

Les données ont indiqué que les taux de formation d'étoiles étaient plus élevés que ceux des études antérieures. Cela suggère que les amas connaissent une phase de formation active d'étoiles qui n'a peut-être pas été pleinement capturée dans les observations antérieures.

#Distributions d'énergie spectrale

Une des caractéristiques clés des galaxies submillimétriques est leurs distributions d'énergie spectrale (SEDs). Ces distributions reflètent la lumière totale émise par les galaxies à différentes longueurs d'onde, fournissant des informations vitales sur leurs propriétés.

En analysant les SEDs, les chercheurs peuvent évaluer les taux de formation d'étoiles totaux potentiels et les masses stellaires pour les sources identifiées. Les SEDs permettent des estimations plus précises des processus à l'origine de la formation d'étoiles dans ces amas.

#Identifications interférométriques

Les observations ont été complétées par des données de l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA), qui ont fourni des confirmations supplémentaires des contreparties aux sources SCUBA-2. Cela a ajouté une couche de fiabilité à l'identification des galaxies associées aux émissions submillimétriques détectées.

Les études interférométriques ont révélé un mélange d'identifiants de galaxies, offrant une image plus claire de la potentiel appartenance des sources détectées au sein des amas.

#Observations Spitzer

Les données du télescope spatial Spitzer ont également été intégrées à l'analyse, en se concentrant sur les émissions en proche infrarouge. Les informations combinées ont permis aux chercheurs d'identifier quelles sources submillimétriques étaient probablement membres des amas de galaxies.

L'appariement soigné des données de Spitzer avec les sources SCUBA-2 a révélé un nombre significatif de contreparties potentielles qui pourraient être incluses dans l'analyse finale.

#Contamination des sources en premier plan

Un aspect essentiel de l'étude était l'évaluation de la contamination potentielle des sources en premier plan. L'analyse visait à quantifier combien des sources détectées pourraient être sans lien avec les amas.

En utilisant des observations à grand champ comme témoin, les chercheurs pouvaient estimer le nombre attendu de sources qui étaient de pures coïncidences plutôt que de véritables membres des amas.

#Taux de formation d'étoiles intégrés

Les taux de formation d'étoiles intégrés pour les amas ont été dérivés en additionnant les contributions des sources individuelles. Ces taux ont ensuite été normalisés par les masses estimées des amas pour fournir une image plus claire de l'activité globale des amas.

Les résultats suggèrent que les amas à décalage vers le rouge élevé sont des régions exceptionnellement actives pour la formation d'étoiles, confirmant les prédictions sur la relation entre la densité des galaxies et la formation d'étoiles.

#L'évolution des taux de formation d'étoiles

Une des découvertes les plus significatives de cette étude a été la corrélation claire entre la masse des amas et leurs taux de formation d'étoiles. Les résultats suggèrent qu'à mesure que les amas évoluent, leur activité de formation d'étoiles change également, fournissant des aperçus sur les processus qui entraînent l'évolution des galaxies.

Ce chemin évolutif souligne l'importance des observations à Haut décalage vers le rouge pour comprendre le cycle de vie des galaxies au sein des amas.

#Directions futures

Bien que cette étude ait fait des avancées significatives dans la compréhension de la formation d'étoiles dans les amas à décalage vers le rouge élevé, des défis subsistent. Les futures recherches devront affiner l'identification des amas pour mieux évaluer l'influence des facteurs environnementaux sur la formation des galaxies.

Des améliorations des techniques d'observation et des méthodes de collecte de données seront nécessaires pour obtenir une compréhension plus claire de la formation d'étoiles au sein de ces systèmes complexes.

#Conclusion

L'enquête sur huit amas de galaxies a fourni des informations précieuses sur la nature de la formation d'étoiles à des décalages vers le rouge élevés. En utilisant des observations de SCUBA-2, Spitzer et ALMA, les chercheurs ont découvert des motifs importants sur la manière dont les galaxies évoluent dans des environnements denses.

Les résultats de cette étude contribuent à la compréhension plus large de la formation et de l'évolution des galaxies, en particulier en relation avec les phases actives de formation d'étoiles qui se produisent dans des amas massifs. À mesure que les techniques s'améliorent, d'autres découvertes nous attendent, révélant plus sur les complexités de notre univers.