PHANGS-JWST First Results: Mid-infrared Emission Traces Both Gas Column Density and Heating at 100 pc Scales - INSU - Institut national des sciences de l'Univers
Article Dans Une Revue The Astrophysical journal letters Année : 2023

PHANGS-JWST First Results: Mid-infrared Emission Traces Both Gas Column Density and Heating at 100 pc Scales

Adam K. Leroy
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Karin Sandstrom
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Erik Rosolowsky
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Francesco Belfiore
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Alberto D. Bolatto
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Yixian Cao
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Guillermo A. Blanc
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Jérémy Chastenet
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Enrico Congiu
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Daniel A. Dale
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Christopher M. Faesi
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Justus Neumann
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Elizabeth J. Watkins
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Cory M. Whitcomb
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Thomas G. Williams
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Résumé

We compare mid-infrared (mid-IR), extinction-corrected Hα, and CO (2-1) emission at 70-160 pc resolution in the first four PHANGS-JWST targets. We report correlation strengths, intensity ratios, and power-law fits relating emission in JWST's F770W, F1000W, F1130W, and F2100W bands to CO and Hα. At these scales, CO and Hα each correlate strongly with mid-IR emission, and these correlations are each stronger than the one relating CO to Hα emission. This reflects that mid-IR emission simultaneously acts as a dust column density tracer, leading to a good match with the molecular-gas-tracing CO, and as a heating tracer, leading to a good match with the Hα. By combining mid-IR, CO, and Hα at scales where the overall correlation between cold gas and star formation begins to break down, we are able to separate these two effects. We model the mid-IR above I ν = 0.5 MJy sr-1 at F770W, a cut designed to select regions where the molecular gas dominates the interstellar medium (ISM) mass. This bright emission can be described to first order by a model that combines a CO-tracing component and an Hα-tracing component. The best-fitting models imply that ~50% of the mid-IR flux arises from molecular gas heated by the diffuse interstellar radiation field, with the remaining ~50% associated with bright, dusty star-forming regions. We discuss differences between the F770W, F1000W, and F1130W bands and the continuum-dominated F2100W band and suggest next steps for using the mid-IR as an ISM tracer.
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Adam K. Leroy, Karin Sandstrom, Erik Rosolowsky, Francesco Belfiore, Alberto D. Bolatto, et al.. PHANGS-JWST First Results: Mid-infrared Emission Traces Both Gas Column Density and Heating at 100 pc Scales. The Astrophysical journal letters, 2023, 944, ⟨10.3847/2041-8213/acaf85⟩. ⟨insu-04473227⟩
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