Uma investigação da história de formação de galáxias através de uma nova abordagem de síntese espetral auto-consistente (FADO)

FCOMP-01-0124-FEDER-029170 & PTDC/FIS-AST/3214/2012

Investigador responsável
Polychronis Papaderos

Compreender a formação e evolução de galáxias é um dos desafios da astronomia moderna. Excluindo-se poucos sistemas próximos à nossa vizinhança, cuja população estelar pode ser resolvida e estudada através de diagramas cor-magnitude, a história de formação estelar (SFH) de galáxias pode ser apenas inferida a partir de espectros, que contém a luminosidade ponderada por milhões de estrelas. Decifrar a partir destes, a massa, idade e metalicidade de suas populações estelares, é o objetivo da síntese espectral, uma das tarefas da astronomia extragaláctica.

Esta técnica possui duas vertentes: a síntese evolutiva e semi-empírica, diferindo na maneira de explorar as SFHs de galáxias. A síntese evolutiva procura, com parametrizações simples de modelos da SFH, aquele que resulta em um melhor ajuste relacionado às observações. Apesar dela permitir a previsão temporal de vários observáveis, possui a desvantagem de estar amarrada a suposições empíricas simples da forma da SFH.

Entretanto, a síntese semi-empírica aborda a evolução galáctica a partir da decomposição do espectro observado em populações estelares, selecionadas através de bibliotecas de espectros estelares ou populações estelares simples (SSPs), i.e. populações estelares formadas instantaneamente e que são completamente caracterizadas por sua idade, composição química e função de massa inicial (IMF). O melhor ajuste de SSPs, conhecido como vetor de populações, fornece uma aproximação para a verdadeira SFH da galáxia. Uma vantagem ´bvia da síntese semi-empírica sobre a evolutiva é não ser preciso suposições implícitas acerca da forma da SFH.

Com a recente disponibilidade de dados de alta qualidade para galáxias até z~1, mais notavelmente o 'Sloan Digitel Sky Survey' (SDSS), começou uma era prolifera em síntese espectral; relações para as galáxias entre morfologia, massa estelar (M*), taxa de formação estelar específica (sSFR), metalicidade do gás e das estrelas (Zg e Z*, respetivamente), idades estelares ponderadas pela luz e massa (t*L e t*M, respetivamente) foram estudadas, e informações importantes que estão relacionadas também emergiram como, por exemplo, o 'downsizing' e a bimodalidade de galáxias. Porém, apesar dos avanços numéricos e conceitos das últimas quatro décadas, os modelos de SPS ainda sofrem de duas grandes deficiências que inibem os avanços de nossa compreensão sobre a evolução, por introduzirem erros substanciais e sistémicos nas determinações da história de agregação da massa: a) a degenerescência nos ajustes das SFHs e b) a omissão de emissão nebular.

Nosso objetivo é alcançar um avanço na compreensão da formação e evolução de galáxias usando código conceitualmente novo de SPS, de nossa autoria - FADO, que romperá novas barreiras e proporcionará novos 'insights' sobre a história de formação de galáxias até z~1.3.

O FADO permitirá melhorias importantes no que diz respeito à qualidade e unicidade dos ajustes, bem como no aumento da eficiência computacional em até uma ordem de grandeza. Permitirá uma grande variedade de aplicações interdisciplinares. Além disso, o FADO dará uma resposta a tempo aos desafios e oportunidades emergentes com a próxima geração de espectrógrafos IFU (Integral Field Units - em particular o MUSE, no ESO/VLT) e oferecerá uma ótima ferramenta pública, à disposição da comunidade científica, para explorar as histórias de formação estelar de galáxias de uma maneira espacialmente resolvida.

Uma série de trabalhos paralelos é proposta: i) a influência de propriedades intrínsecas (e.g.: massa estelar, a presença de um núcleo ativo) nas SFHs de galáxias, ii) a história de formação de pseudo-bojos, iii) a história da formação de discos galácticos e iv) as frações de massa estelar formada e de escape de fotões do contínuo de Lyman para galáxias 'starburst'.

Apesar da análise do SDSS ser o principal foco, usaremos também dados de IFU do 'Califa Survey' para galáxias próximas, a fim de investigar, minuciosamente, as questões i.-iii.

Instituição financiadora
Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Início: 1 abril 2013
Fim: 30 setembro 2015