Study of the circumgalactic environment of the merger system J205724.14 AT z ~ 4.6 using ALMA

Abstract

Comprender cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo es la clave para entender cómo crecieron estos sistemas a partir de pequeñas perturbaciones impresas en el fondo cósmico de microondas (CMB) hasta las galaxias observadas en el Universo local. Se espera que la conexión entre el agujero negro supermasivo (SMBH) que se encuentra en el centro de una galaxia y la galaxia anfitriona sea compleja, con indicios de crecimiento coevolutivo respaldado por evidencia observacional y por simulaciones. A alto-z, se sugiere que un SMBH y su galaxia anfitriona están siendo alimentados por un depósito común de gas como consecuencia de al menos dos procesos: la interacción cercana entre galaxias conocida como fusiones o la acumulación de gas frı́o desde el medio inter/circungaláctico (IGM/CGM). Ambos mecanismos aumentarı́an la formación de estrellas (SF) de la galaxia y la acreción eficiente del SMBH durante una fase de intensa actividad del núcleo galáctico activo (AGN). Para probar la contribución de estos procesos de forma observacional, debemos centrarnos en las primeras épocas de la evolución de las galaxias, donde deberı́a tener lugar esta co-evolución. Para lograr observaciones tan distantes, se requiere de tecnologı́as avanzadas como las disponibles con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). En esta tesis, investigamos el estado dinámico de J205724.14, un sistema de fusión en curso compuesto por un cuásar (QSO) a z ∼ 4.6 y una galaxia polvorienta compañera (DSFG) a una distancia espacial de ∼ 20 kpc. Las fuentes fueron reportadas previamente por Nguyen et al. (2020) como parte de una muestra de doce objetos observados durante el ciclo 4 de ALMA. En este trabajo, presentamos el análisis de las observaciones del ciclo 6 de ALMA de la lı́nea de emisión en el infrarrojo lejano (FIR) [Cii], que surge del medio interestelar (ISM) de las galaxias y la emisión de continuo FIR subyacente que traza el polvo calentado por la actividad estelar. A partir de este análisis, observamos dos componentes principales, el QSO y la DSFG, detectados en [Cii] y en continuo, con múltiples blobs vecinos detectados solo en [Cii]. Tres de estos blobs forman la cola de marea que se extiende desde el cuásar hacia el oeste en una dirección recta por ∼ 10 kpc. Esta morfologı́a perturbada respalda la hipótesis de un escenario de fusión. Además, se observa un desplazamiento de velocidad de aproximadamente -68 km s −1 entre el QSO y la DSFG que sugiere que realmente están experimentando una fuerte interacción gravitacional. Al ajustar un modelo de distribución de energı́a espectral (SED) a los datos del continuo, estimamos tasas de formación de estrellas (SFR) ∼ 402 ± 51 M ⊙ año −1 para el QSO y ∼ 244 ± 38 M ⊙ año −1 para la DSFG, ubicándolos sobre o cerca de la secuencia principal de galaxias (MS). Esto es particularmente interesante teniendo en cuenta que J205724.14 QSO fue seleccionado por ser uno de los cuásares no oscurecidos más brillantes a este redshift pero muestra una SFR bastante modesta. Basándose en el modelo evolutivo de cuásares de Sanders et al. (1988), se espera este resultado para un cuásar que ya ha pasado una fase oscurecida de rápida SF durante un proceso de fusión de galaxias. Sin embargo, vemos que el evento de fusión en nuestro sistema está lejos de haber terminado y deberı́a encontrarse en algún lugar entre el primer pericentro y los posteriores pasajes cercanos. El trabajo futuro incluye publicar esta investigación y solicitar observaciones más profundas utilizando ALMA y JWST, lo que nos permitirı́a resolver la galaxia anfitriona y la DSFG y tener una medición adecuada de sus propiedades.