Émissions de CO et formation d'étoiles dans les galaxies à faible métallisité

Les nuages moléculaires sont super importants pour la formation des étoiles dans l'univers. Mais, observer le Gaz moléculaire peut être un peu galère. Ce gaz, souvent détecté grâce au monoxyde de carbone (CO), a des propriétés qui le rendent difficile à repérer. Un gros souci, c'est que le CO n'est pas le seul molécule dans ces nuages. En fait, le CO peut être influencé par la présence de Poussière et d'autres éléments qui compliquent notre compréhension du gaz moléculaire.

Quand les astronomes mesurent le CO dans différentes galaxies, ils relient souvent les Émissions de CO à la quantité de gaz hydrogène moléculaire présente. Cette relation est déterminée par un facteur de conversion. Ce facteur n'est pas encore très clair, surtout dans les galaxies avec une faible métallurgie, ce qui veut dire qu'elles ont moins d'éléments lourds par rapport à des galaxies plus évoluées comme notre Voie lactée.

Cet article va plonger dans les relations entre le gaz, la poussière et le facteur de conversion dans les galaxies starburst, surtout celles à faible métallurgie. On va explorer différentes méthodes et découvertes basées sur les émissions de galaxies naines proches.

#L'importance du CO dans la formation des étoiles

Les nuages moléculaires sont les berceaux des nouvelles étoiles. À l'intérieur de ces nuages, les molécules d'hydrogène se forment et donnent naissance à des étoiles. Cependant, mesurer directement le gaz moléculaire est compliqué à cause de sa nature. La première étape pour étudier ces nuages est de trouver un moyen fiable de mesurer leurs propriétés.

Les astronomes ont utilisé le CO comme proxy pour mesurer le gaz moléculaire. Le CO est souvent présent dans ces nuages et émet des radiations qui peuvent être observées. La manière la plus simple de relier les émissions de CO à la quantité de gaz moléculaire, c'est à travers un facteur de conversion. Ce facteur relie la luminosité des émissions de CO à la masse d'hydrogène moléculaire présente.

Cependant, ce facteur de conversion n'est pas constant. Il peut varier selon les conditions dans la galaxie, surtout dans les environnements à faible métallurgie. Comprendre comment le CO se comporte dans ces conditions est vital pour mesurer précisément le gaz moléculaire dans ces régions.

#Observations avec ALMA

Pour étudier les émissions de CO et leur relation avec le gaz moléculaire dans les starbursts à faible métallurgie, des observations du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont été utilisées. ALMA peut capturer des données détaillées sur les émissions de différentes régions au sein des galaxies.

L'accent était mis sur trois galaxies naines starburst proches : NGC 625, NGC 1705 et NGC 5253. Ces galaxies ont été choisies pour leur faible teneur en métaux, ce qui les rend parfaites pour examiner les variations dans le facteur de conversion CO-gaz moléculaire.

Les données des antennes de 12 mètres d'ALMA et d'un réseau compact ont été utilisées pour rassembler des infos à deux résolutions différentes : 250 parsecs et 40 parsecs. Cela a permis aux chercheurs d'analyser différentes échelles d'émissions de CO et leurs implications pour le contenu en gaz moléculaire.

#Méthode d'analyse

#Techniques basées sur la poussière

Un aspect crucial de l'étude était d'estimer la quantité de poussière présente dans ces galaxies. La poussière joue un rôle significatif dans la régulation des émissions de CO. Quand ils estiment les masses de gaz, les chercheurs doivent comprendre combien de poussière est présente, car cela affecte la quantité de CO pouvant se former.

Deux méthodes ont été utilisées pour calculer les propriétés de la poussière. La première a utilisé des observations de PACS (un instrument pour les observations infrarouges) pour déduire les températures de la poussière. En ajustant ces températures aux données, l'opacité de la poussière a été estimée à différentes résolutions.

La deuxième méthode impliquait des cartes de rougeur à partir des données VLT/MUSE. Ces cartes fournissaient des informations sur la quantité de lumière absorbée par la poussière, permettant des mesures plus fines à des résolutions plus élevées. Cette analyse était cruciale pour déterminer comment la poussière et le gaz interagissent dans ces galaxies à faible métallurgie.

#Mesure de la masse de gaz

Une fois les propriétés de la poussière établies, les chercheurs pouvaient estimer les masses de gaz. Ils ont utilisé les rapports poussière-gaz dérivés, qui fournissaient des infos sur la quantité de gaz existant dans ces régions par rapport au contenu en poussière.

La relation entre les émissions de CO et la densité de gaz a été évaluée à travers des comparaisons des températures de luminosité mesurées à différentes résolutions. L'étude visait à établir un lien clair entre ces mesures de CO et le contenu total de gaz dans les galaxies.

#Résultats et découvertes

#Variabilité du facteur de conversion

Une des découvertes clés était que le facteur de conversion reliant les émissions de CO à la densité de gaz moléculaire variait considérablement d'une galaxie à l'autre. À 250 parsecs, les valeurs variaient de cinq à mille fois plus élevées que les valeurs typiques observées dans la Voie lactée. Cette grande variation était inattendue basée sur des tendances simples de métallurgie.

Quand les données ont été analysées à une échelle plus fine de 40 parsecs, le facteur de conversion tendait à montrer plus de cohérence en relation avec une dépendance en loi de puissance sur la métallurgie. Cela a suggéré que dans des conditions à faible métallurgie, les facteurs influençant les émissions de CO vont au-delà de la métallurgie. D'autres éléments, comme la luminosité du CO et la densité du gaz, jouent aussi un rôle significatif.

#Corrélation entre les émissions de CO et la poussière

Un aspect intriguant de l'étude était la relation entre les températures de luminosité du CO et la quantité de poussière. De plus grandes émissions de CO étaient corrélées à un contenu en poussière plus faible à différentes résolutions. Cette découverte suggérait que les zones riches en CO pourraient être plus concentrées et bien définies à des échelles spatiales plus petites, tandis que les plus grandes échelles avaient tendance à inclure des régions de gaz pauvre en CO.

La dispersion observée dans les mesures indiquait que la relation entre la poussière et le gaz était complexe et possiblement influencée par des facteurs supplémentaires comme la densité et la température du gaz. En retour, cette complexité renforçait l'idée que le CO peut être un indicateur multi-facettes du contenu en gaz, surtout dans les galaxies moins évoluées.

#Confirmation des régions pauvres en CO

La recherche a confirmé l'existence des régions "pauvres en CO", surtout dans des environnements à faible métallurgie. Ces zones présentent des quantités significatives de carbone atomique ou de carbone ionisé, car le CO ne se forme pas facilement sans suffisamment de protection contre une radiation intense.

Dans les galaxies à faible métallurgie, les régions où le CO peut émettre de manière fiable sont considérablement plus petites que dans des environnements plus typiques. L'étude a fourni des preuves soutenant l'idée que la plupart des émissions de CO proviennent de poches denses de gaz, plutôt que de zones plus diffuses.

#Implications pour comprendre la formation des étoiles

Ces découvertes ont des implications importantes pour notre compréhension de la formation des étoiles dans les galaxies à faible métallurgie. La variabilité du facteur de conversion CO-gaz moléculaire suggère que toutes les estimations de masses de gaz dans ces régions doivent prendre en compte les conditions uniques présentes dans les environnements à faible métallurgie.

Au fur et à mesure que les chercheurs continuent à apprendre sur la relation entre gaz, poussière et formation des étoiles, ces idées peuvent enrichir notre connaissance de la formation et de l'évolution cosmique des galaxies. De telles études peuvent aussi guider les futures observations et simulations, aidant à peindre un tableau plus clair de la formation des étoiles dans l'univers.

#Directions de recherche futures

L'étude des émissions de CO et du gaz moléculaire dans des environnements à faible métallurgie est encore un domaine en évolution. Bien que cette recherche ait fourni de nouvelles perspectives, une exploration plus poussée est nécessaire pour confirmer les tendances et les corrélations identifiées.

Les investigations futures pourraient se concentrer sur la collecte de plus de données provenant d'une variété de galaxies avec différentes métallurgies. Cet échantillonnage plus large pourrait aider à clarifier les relations entre la densité de gaz, le contenu en poussière et les émissions de CO à travers une gamme plus large de conditions.

De plus, examiner les effets de la résolution spatiale sur les observations pourrait donner plus de compréhension sur la façon dont le CO se comporte dans différents environnements. Établir des définitions et des mesures précises pour les émissions de CO sera essentiel pour caractériser précisément le gaz moléculaire dans le cosmos.

#Conclusion

En résumé, l'étude du gaz, de la poussière et du facteur de conversion dans les starbursts à faible métallurgie a révélé des relations complexes qui remettent en question les suppositions précédentes. Les résultats indiquent que les émissions de CO servent de proxy précieux, mais compliqué, pour mesurer le gaz moléculaire. Alors que les astronomes continuent leurs efforts pour assembler le puzzle cosmique de la formation des étoiles, les idées de cette recherche joueront un rôle critique dans notre compréhension de la façon dont les galaxies évoluent et forment des étoiles au fil du temps.