Die ALMA-ALPAKA-Umfrage II. Entwicklung der Turbulenz in Galaxien-Scheiben über kosmische Zeit: Unterschied zwischen kaltem und warmem Gas

Das Gas im interstellaren Medium (ISM) von Galaxien ist supersonisch turbulent. Messungen der Turbulenz beruhen typischerweise auf kalten Gasemissionslinien für niedrige Rotverschiebungen und Beobachtungen von warmem ionisiertem Gas für Rotverschiebungen z>0. Studien zur Kinematik von warmem Gas bei z>0 kommen zu dem Schluss, dass die Turbulenz stark als Funktion der Rotverschiebung variiert, was auf die zunehmende Auswirkung von Gasakkretion und Verschmelzungen im frühen Universum zurückzuführen ist. Jüngste Erkenntnisse deuten jedoch auf mögliche Verzerrungen in den Turbulenzmessungen hin, die aus ionisiertem Gas bei hohen Rotverschiebungen abgeleitet sind, was unser Verständnis der Ursprünge der Turbulenz, der Physik des ISM und der Diskformation beeinflusst. Wir untersuchen die Evolution der Turbulenz mithilfe von Geschwindigkeitsdispersion (σ) Messungen von kalten Gasmarkern (d.h. CO, CI, CII), die aus einer Stichprobe von 57 Galaxien-Scheiben im Rotverschiebungsbereich z=0-5 abgeleitet wurden. Diese Stichprobe besteht aus Hauptsequenz- und Starburst-Galaxien mit stellaren Massen von 10^10 M_. Der Vergleich mit aktuellen H-Kinematik-Beobachtungen und bestehenden Modellen zeigt, dass die aus kalten Gasmarkern abgeleitete Geschwindigkeitsdispersion sich um den Faktor 3 von den Werten unterscheidet, die aus Emissionslinien, die warmes Gas nachverfolgen, erhalten werden. Wir zeigen, dass das stellare Feedback der Haupttreiber der aus kalten Gasmarkern gemessenen Turbulenz ist. Dies unterscheidet sich grundlegend von den Schlussfolgerungen von Studien, die auf warmem Gas basieren, die zusätzliche Turbulenztreiber berücksichtigen mussten, um die hohen Werte von σ zu erklären. Wir präsentieren ein Modell, das die Rotverschiebungsevolution der Turbulenz in Galaxien-Scheiben vorhersagt und den Anstieg von σ mit der Rotverschiebung dem höheren Energieeintrag durch Supernovae aufgrund der erhöhten Sternentstehungsrate in hohen Rotverschiebungen zuschreibt. Dieses supernova-gesteuerte Modell legt nahe, dass die Turbulenz in Galaxien mit niedrigerer stellarer Masse im Vergleich zu solchen mit höherer stellarer Masse geringer ist. Darüber hinaus prognostiziert es die Evolution von σ in milchstraßenähnlichen Progenitoren.