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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2507.02054 (astro-ph)
[提交于 2025年7月2日 ]

标题: RIOJA JWST 和 ALMA 揭示了在$z=6.81$的恒星形成星系中不均匀且复杂的星际介质结构

标题: RIOJA. JWST and ALMA unveil the inhomogeneous and complex ISM structure in a star-forming galaxy at $z=6.81$

Authors:Mitsutaka Usui, Ken Mawatari, Javier Álvarez-Márquez, Takuya Hashimoto, Yuma Sugahara, Rui Marques-Chaves, Akio K. Inoue, Luis Colina, Santiago Arribas, Carmen Blanco-Prieto, Yurina Nakazato, Naoki Yoshida, Tom J. L. C. Bakx, Daniel Ceverino, Luca Costantin, Alejandro Crespo Gómez, Masato Hagimoto, Hiroshi Matsuo, Wataru Osone, Yi W. Ren, Yoshinobu Fudamoto, Takeshi Hashigaya, Miguel Pereira-Santaella, Yoichi Tamura
摘要: 我们报告在星形成星系COS-2987中发现了一个复杂、两相的电离气体结构,其红移为$z = 6.81$,这是由JWST/NIRSpec IFS和ALMA观测前所未有的协同作用揭示的。 这些观测检测到了关键的发射线,包括[OII]$\lambda\lambda$ 3727, 3730, [OIII] 4364, [OIII] $\lambda\lambda$ 4960, 5008, [OIII] 88 $\mu$m,以及H$\alpha$和H$\beta$。 仅JWST光谱学表明星际介质(ISM)的特性对于红移为$z\sim7$的星系来说是典型的。 这些包括低尘埃消光($A_{\rm V} \approx 0.14$mag)、中等电子密度($n_{\rm e} \approx 500$cm$^{-3}$)和低气相金属丰度($\sim10\%$)。然而,ALMA检测到的强远红外[OIII] 88$\mu$m发射无法用具有均匀电子密度和温度的单相电离介质来解释。 相反,一个两阶段的ISM模型,包括紧凑、高温、高密度气体成分($T_e \approx 26,000$K;$n_e \approx 600 \mathrm{cm}^{-3}$)和扩展、较冷、低密度成分($T_e \approx 8,000$K;$n_e \approx 50 \mathrm{cm}^{-3}$),成功地再现了观测到的[OIII] 88$\mu$m/[OIII] 5008 Å和[OIII] 4364 Å/[OIII] 5008 Å的线比率,两个阶段之间的体积比为1:300。我们的结果表明,JWST仅探测了ISM的一部分,并突显了结合JWST和ALMA以揭示早期星系密度分层ISM的关键重要性。
摘要: We report the discovery of a complex, two-phase ionized gas structure in the star-forming galaxy COS-2987 at $z = 6.81$, revealed by the unprecedented synergy between JWST/NIRSpec IFS and ALMA observations. These observations detect key emission lines, including [OII]$\lambda\lambda$ 3727, 3730, [OIII] 4364, [OIII] $\lambda\lambda$ 4960, 5008, [OIII] 88 $\mu$m, as well as H$\alpha$ and H$\beta$. JWST spectroscopy alone indicates interstellar medium (ISM) properties that are typical for galaxies at $z\sim7$. These include low dust extinction ($A_{\rm V} \approx 0.14$ mag), moderate electron density ($n_{\rm e} \approx 500$ cm$^{-3}$), and low gas-phase metallicity ($\sim10\%$). However, the strong far-infrared [OIII] 88 $\mu$m emission detected by ALMA cannot be explained by a single-phase ionized medium with uniform electron density and temperature. Instead, a two-phase ISM model, comprising compact, high-temperature, high-density gas components ($T_e \approx 26,000$ K; $n_e \approx 600 \mathrm{cm}^{-3}$) and an extended, cooler, lower-density component ($T_e \approx 8,000$ K; $n_e \approx 50 \mathrm{cm}^{-3}$), successfully reproduces the observed line ratios of [OIII] 88 $\mu$m/[OIII] 5008 \r{A} and [OIII] 4364 \r{A}/[OIII] 5008 \r{A}, with a volume ratio of 1 : 300 between the two phases. Our results demonstrate that JWST alone probes only a fraction of the ISM and highlight the critical importance of combining JWST and ALMA to reveal the density-stratified ISM of early galaxies.
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主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA)
引用方式: arXiv:2507.02054 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2507.02054v1 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.02054
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来自: Takuya Hashimoto [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 2 日 18:00:08 UTC (2,702 KB)
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