Raumlich aufgelöste interstellare Staubeigenschaften in der scheibenförmigen Spiralgalaxie M 99, wie von NIKA2 beobachtet

Große Staubkörner im thermischen Gleichgewicht dominieren die Ferninfrarotemission von sternenbildenden Galaxien und tragen erheblich zu ihrem Millimeter-Kontinuum bei. Die Einschränkung der Staubeigenschaften in diesem Bereich ist aufgrund der Kontamination durch freie-freie und Synchrotronemission herausfordernd. Wir untersuchen die räumlichen Variationen im Staubspektralindex, der Staubmasse sowie der Größe und Zusammensetzung der Körner in der nahegelegenen scheibenförmigen Spiralgalaxie M 99. Zu diesem Zweck verwendeten wir neue 1,15 und 2 mm Kontinuumbeobachtungen, die mit NIKA2 am IRAM 30 m-Teleskop im Rahmen des IMEGIN Guaranteed Time Large Programme und in Kombination mit zusätzlichen Daten von ultraviolett bis Radiowellenlängen gewonnen wurden. Wir zerlegten die infrarot-zu-Radio-spektrale Energiedistribution von M 99 in Staub-, freie-freie und Synchrotronkomponenten mit Hilfe des hierarchischen bayesianischen Codes zur Anpassung der spektralen Energiedistribution. Wir modellierten die Staubemission sowohl mit einem modifizierten Schwarzen Körper (HerBIE mit variablem Millimeter-Spektralindex β und dem þemis-Staubmodell mit festem β. Unsere räumlich aufgelöste Analyse wurde auf ∼1,75 kpc (25^ Scales) durchgeführt, die das Galaxiezentrum, Spiralarmen und interarm-Regionen umfasst. Aus der Modellierung ergaben sich signifikante räumliche Variationen in β, die von sim1,6-1,7 in diffusen Regionen bis zu sim2,3-2,5 in dichteren, sternenbildenden Umgebungen reichten. Diese Variationen spiegeln wahrscheinlich die Evolution der Staubkörner wider, die durch Koagulation und Änderungen im Verhältnis von Silikat- zu kohlestoffhaltigen Körnern getrieben werden. Die aus variablen β abgeleiteten Staubmassen liegen bis zu Faktor vier über denen, die unter der Annahme eines festen β (im Durchschnitt 1,6) abgeleitet wurden. Modelle mit variablem β zeigen erwartete Korrelationen mit Staub-zu-Sternen- und Staub-zu-Gas-Verhältnissen, während Modelle mit festem β diese Größen systematisch verzerren. Der Anteil kleiner Körner steigt von ∼10% im Zentrum auf ∼15% in der diffusen Scheibe und ist anti-korreliert mit der Intensität des interstellarer Strahlungsfeldes, während die Metallizität in der Gasphase innerhalb der zentralen 8 kpc nur eine untergeordnete Rolle spielt. Der Synchrotron-Spektralindex variiert von sim0,6-0,7 in sternenbildenden Regionen bis ∼1,2 im diffusen Medium, was mit der Alterung kosmischer Strahlenelektronen übereinstimmt.