Studying the effects of interstellar dust in nearby galaxies

Abstract

The present thesis is investigating the properties of cosmic dust and its interaction with the stellar radiation field (originating from different stellar populations) on global scales, for 814 galaxies in the local Universe, all observed by the Herschel Space Observatory. I took advantage of the widely used fitting code CIGALE, properly adapted to include the state-of-the-art dust model THEMIS. Using the DustPedia photometry I have determined the physical properties of the galaxies, such as the dust and stellar mass, the star-formation rate, the bolometric luminosity, the unattenuated and the absorbed by dust stellar light, for both the old (> 200 Myr) and young (< 200 Myr) stellar populations. In addition, one of the main goals of this thesis, was to construct detailed 3D dust radiative transfer models for spatially resolved, nearby galaxies. From 2D images I have derived the 3D distributions of stars and dust. To model the complex geometries, I have used SKIRT, a state-of-the-art 3D Monte Carlo radiative transfer code designed to self-consistently simulate the absorption, scattering, and thermal re-emission by the dust for arbitrary 3D distributions. By analyzing the contribution of the different stellar populations to the radiative dust heating processes in four nearby face-on barred galaxies: NGC1365, M83, M95, and M100; and a galaxy hosting an AGN: NGC1068, has enabled me to quantify the fraction directly related to star-formation, as well as the extent of the contribution of the AGN to the diffuse dust heating in three dimensions.

Στη παρούσα διατριβή διερευνώ τις ιδιότητες της κοσμικής σκόνης και την αλληλεπίδρασής της με το αστρικό πεδίο ακτινοβολίας (που προέρχεται από διαφορετικούς αστρικούς πληθυσμούς) για 814 γαλαξίες στο κοντινό Σύμπαν (γαλαξίες που βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη των 40 Mpc) οι οποίοι έχουν παρατηρηθεί από το διαστημικό τηλεσκόπιο Herschel του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος. Για το σκοπό αυτό έγινε χρήση του ευρέως διαδεδομένου κώδικα CIGALE, ο οποίος είναι κατάλληλα διαμορφωμένος ώστε να συμπεριλαμβάνει το προηγμένο μοντέλο για την εκπομπή της σκόνης, THEMIS. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα της βάσης δεδομένων του DustPedia, μου επέτρεψε να προσδιορίσω τις φυσικές ιδιότητες των γαλαξιών, όπως τη μάζα των αστρικών πληθυσμών και της σκόνης, τον ρυθμό σχηματισμού νέων αστέρων, τη συνολική φωτεινότητα κάθε αστρικού πληθυσμού, καθώς και την ενέργεια που απορροφάται εξαιτίας της σκόνης, τόσο για τους γηραιούς (> 200 Myr) όσο και για τους νεαρούς (< 200 Myr) αστρικούς πληθυσμούς. Επιπλέον, ένας από τους κύριους στόχους της διατριβής ήταν η δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων διάδοσης ακτινοβολίας για γαλαξίες με υψηλή διακριτική ικανότητα. Με τη συγκεκριμένη μέθοδο επιχείρησα να λύσω το πρόβλημα διάδοσης της ακτινοβολίας. Από δισδιάστατες εικόνες παρατηρήσεων στα διάφορα μήκη κύματος, παρήγαγα τις τρισδιάστατες κατανομές των αστεριών και της σκόνης. Για να μοντελοποιήσω τις σύνθετες γεωμετρίες, χρησιμοποιήσα το SKIRT, έναν σύγχρονο κώδικα Monte Carlo, τρισδιάστατης διάδοσης ακτινοβολίας που σχεδιάστηκε για να προσομοιώνει την απορρόφηση, τη σκέδαση, και τη θερμική εκπομπή από τη σκόνη για αυθαίρετες τρισδιάστατες κατανομές. Ανέλυσα τη συμβολή των διαφόρων αστρικών πληθυσμών στις διαδικασίες θέρμανσης της σκόνης σε τέσσερις κοντινούς, ραβδωτούς γαλαξίες: NGC1365, M83, M95, και M100; καθώς κι έναν γαλαξία οποίος διαθέτει έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα: NGC1068. Σκοπός της ανάλυσης αυτής ήταν να ποσοτικοποιήσω το ποσοστό που σχετίζεται άμεσα με τον ρυθμό παραγωγής νέων αστέρων, καθώς και την έκταση της συνεισφοράς του ενεργού γαλαξιακού πυρήνα στη θέρμανση της διάχυτης σκόνης στις τρεις διαστάσεις.