Conectando la formación de estrellas y la metalicidad en galaxias anfitrionas de AGN

En el estudio de las galaxias, los científicos a menudo analizan ciertas propiedades importantes para entender mejor su formación y evolución. Dos de estas propiedades son la metalicidad y la Tasa de Formación Estelar (SFR). La metalicidad se refiere a la cantidad de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio en una galaxia, mientras que la SFR indica qué tan rápido se están formando nuevas estrellas. Los investigadores han descubierto que hay relaciones específicas entre la masa estelar de una galaxia (la cantidad total de materia en forma de estrellas) y su metalicidad y SFR.

Una de estas relaciones se conoce como la Relación masa-metalicidad (MZR), que muestra que las galaxias más masivas tienden a tener metalicidades más altas. Otra relación llamada relación fundamental de metalicidad (FZR) combina la masa estelar y la SFR para explicar la abundancia de oxígeno en las galaxias.

Sin embargo, no está claro cómo las galaxias que albergan Núcleos Galácticos Activos (AGN) encajan en estas relaciones. Los AGN son agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias que atraen gas y polvo a altas tasas, lo que conduce a emisiones de energía intensas. Esto puede afectar la formación de estrellas de una galaxia y su metalicidad. El objetivo de este estudio es ver cómo se comparan las galaxias anfitrionas de AGN con las galaxias no AGN en términos de estas relaciones.

#El Rol de la Formación de Estrellas y la Metalicidad

La formación de estrellas ocurre cuando el gas colapsa bajo su propia gravedad, lo que lleva al nacimiento de nuevas estrellas. A medida que se forman estrellas, producen energía y luz y pueden crear elementos más pesados a través de la fusión nuclear. Cuando estas estrellas eventualmente mueren, liberan estos elementos de nuevo en el gas circundante, enriqueciéndolo con metales. Este proceso contribuye a la metalicidad de una galaxia.

La SFR está influenciada por varios factores, como la disponibilidad de gas para la formación de estrellas y los procesos de retroalimentación que ocurren dentro de las galaxias. Por ejemplo, cuando las estrellas explotan como supernovas, pueden empujar gas fuera de una galaxia o desencadenar más formación estelar. Entender cómo interactúan estos procesos es crucial para comprender cómo evolucionan las galaxias con el tiempo.

#La Relación Masa-Metalicidad

La MZR es una relación ampliamente estudiada que muestra cómo la metalicidad de las galaxias cambia con su masa estelar. Como se mencionó, las galaxias más masivas tienden a ser más ricas en metales. Esto se puede atribuir a su capacidad para retener gas y apoyar la formación de más estrellas, llevando a una acumulación de metales con el tiempo.

Los investigadores han observado que la MZR tiene una forma específica: sube abruptamente en masas bajas y se aplana en masas más altas. Esto significa que, aunque las galaxias pequeñas pueden tener metalicidades más bajas, a medida que crecen en masa, su metalicidad aumenta rápidamente antes de estabilizarse.

#La Relación Fundamental de Metalicidad

La FZR amplía la MZR considerando no solo la masa estelar sino también la SFR. Esta relación sugiere que la abundancia de oxígeno de una galaxia depende no solo de su masa sino también de qué tan rápido está formando estrellas.

Al igual que la MZR, se ha encontrado que la FZR es válida en varios tipos de galaxias, aunque pueden existir variaciones. Los investigadores están especialmente interesados en cómo encajan las galaxias anfitrionas de AGN en esta imagen, ya que sus propiedades únicas pueden alterar estas relaciones.

#El Desafío de Estudiar Galaxias Anfitrionas de AGN

Estudiar galaxias anfitrionas de AGN presenta desafíos porque medir su SFR y metalicidad puede ser difícil. Los AGN pueden eclipsar la luz producida por la formación de estrellas, lo que hace complicado separar las contribuciones de cada proceso. Además, el intenso flujo de energía de un AGN puede afectar el gas circundante, influyendo tanto en la formación de estrellas como en la composición química.

Para entender cómo se comparan las galaxias anfitrionas de AGN con las galaxias no AGN, los investigadores necesitan métodos confiables para medir la SFR y la metalicidad con precisión. Un enfoque es utilizar espectroscopía de campo integral (IFS), que captura luz de diferentes partes de una galaxia para crear mapas detallados. Esto permite a los científicos analizar regiones de una galaxia de forma individual y obtener una imagen más clara de cómo varían la SFR y la metalicidad dentro de ella.

#Recolección de Datos: La Encuesta MaNGA

La encuesta MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory) proporciona datos extensos sobre galaxias cercanas utilizando IFS. Esta encuesta recopila datos espectroscópicos que pueden ser analizados tanto para la SFR como para la metalicidad de las galaxias. Al utilizar los datos de MaNGA, los investigadores buscan llenar los vacíos en nuestra comprensión de cómo se comportan las galaxias anfitrionas de AGN en relación con la MZR y la FZR.

#Métodos de Análisis

Usando los datos recopilados de la encuesta MaNGA, los científicos aplican un método llamado análisis bayesiano para estimar con precisión las abundancias de oxígeno en fase gas y las SFR. Este enfoque estadístico permite a los investigadores considerar todos los datos disponibles mientras tienen en cuenta las incertidumbres y sesgos.

#Selección de Muestra

Seleccionar galaxias para el estudio es crucial. Los investigadores se centran en criterios específicos para asegurar que su muestra represente una variedad de tipos de galaxias, incluyendo tanto galaxias anfitrionas de AGN como no AGN. Al clasificar galaxias en función de sus razones de líneas de emisión, los científicos pueden categorizarlas como en formación estelar (BPT-SF), compuestas, LINER o galaxias Seyfert.

#Estimación de Tasas de Formación Estelar y Metalicidad

El siguiente paso implica calcular la SFR y la metalicidad de las galaxias seleccionadas. Esto implica analizar la luz emitida por el hidrógeno (H) y su corrección por polvo. Los investigadores utilizan técnicas específicas para derivar valores precisos para cada galaxia, permitiendo la comparación entre los diferentes tipos.

#Comprendiendo los Resultados

Después de recopilar y procesar los datos, los investigadores analizan la MZR y la FZR tanto para galaxias anfitrionas de AGN como para las no AGN. Esta comparación busca revelar cualquier diferencia y entender cómo los AGN influyen en estas relaciones.

#Comparando la Metalicidad en Galaxias Anfitrionas de AGN y No AGN

Los hallazgos revelan que las galaxias anfitrionas de AGN a menudo muestran metalicidades más altas en masas bajas en comparación con las galaxias no AGN. La diferencia es más pronunciada en masas estelares por debajo de un cierto umbral. Sin embargo, en masas más altas, la metalicidad se estabiliza, indicando tendencias similares entre ambos grupos.

#El Rol de la Tasa de Formación Estelar

La SFR juega un papel importante en la comprensión de estas relaciones. Las galaxias anfitrionas de AGN tienden a tener SFR más bajas que sus contrapartes no AGN, lo que impacta la metalicidad observada. Esta reducción en la formación estelar puede obstaculizar la producción de nuevas estrellas, influyendo así en la composición química general de la galaxia.

#La Relación Fundamental de Metalicidad: AGN vs. No AGN

Al examinar la FZR, los investigadores encuentran que las galaxias anfitrionas de AGN son menos afectadas en comparación con las galaxias no AGN. Aunque las galaxias anfitrionas de AGN se desplazan hacia valores de metalicidad más altos, sus SFR influyen significativamente en su posición en la FZR. Esto indica que, aunque pueden tener tendencias similares, la mecánica subyacente es diferente.

#Conclusión: Implicaciones para la Formación y Evolución de Galaxias

Los resultados de esta investigación proporcionan nuevas ideas sobre las interacciones entre la formación de estrellas, la metalicidad y la actividad de AGN dentro de las galaxias. Al comprender cómo las galaxias anfitrionas de AGN difieren de las galaxias no AGN, los científicos pueden interpretar mejor las influencias de los agujeros negros supermasivos en la formación y evolución de galaxias.

Además, estos hallazgos destacan la importancia de medir la SFR y la metalicidad con precisión en varios tipos de galaxias. La investigación futura con técnicas de observación avanzadas y métodos estadísticos es esencial para profundizar nuestra comprensión de estas complejas relaciones.

A medida que los investigadores continúan investigando estos temas, contribuyen con valiosos conocimientos a los campos de la astronomía y la astrofísica, ayudando a desentrañar los misterios del universo y el papel de las galaxias dentro de él.