Астрофизики впервые смоделировали жизненный цикл ПАУ в галактиках от z=6 до 0
Астрофизики из международного коллектива представили первую космологическую гидродинамическую модель, которая одновременно отслеживает рождение, разрушение и излучение полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в галактиках. Работа охватывает период от красного смещения z=6 (когда Вселенной было около миллиарда лет) до наших дней.
В рамках исследования смоделирована эволюция 40 галактик с высоким разрешением. Модель учитывает динамику пылевых частиц, их столкновения и фрагментацию, а также однофотонное возбуждение ПАУ для расчета спектров в среднем инфракрасном диапазоне.
Одно из ключевых открытий — механизм образования ПАУ в самой межзвездной среде. Если пыль изначально состоит из крупных частиц, то ультрамелкие углеродистые зерна (размером менее 1,3 нм) возникают при столкновениях пылинок друг с другом. Скорости столкновений растут в разреженном газе, что ведет к накоплению ПАУ.
Согласно модели, массовая доля ПАУ (qPAH) увеличивается от примерно 0,0005 при z~4 до 0,01 в современной Вселенной — рост в 20 раз. Это происходит из-за увеличения доли диффузного газа в галактиках по мере их эволюции.
Модель впервые воспроизводит наблюдаемую зависимость между содержанием ПАУ и металличностью галактик (PZR) в диапазоне красных смещений z=0-2. Также установлено, что светимость ПАУ коррелирует с темпом звездообразования и массой молекулярного газа, причем важную роль играет как общий запас ПАУ, так и эффективность их возбуждения.
Авторы подчеркивают, что столкновения пылевых частиц в диффузной межзвездной среде являются основным драйвером эволюции космических ПАУ. Результаты помогут лучше интерпретировать наблюдения инфракрасных телескопов, включая данные «Джеймса Уэбба», и уточнить роль органических молекул в формировании звезд и планет.
