Galactic archaeology: describing stellar structures in galaxies via 2D photometric decompositions

Abstract

La Spitzer Survey of Stellar Structures in Galaxies (S 4G) consiste en una muestra de imágenes profundas a 3.6 y 4.5 µm de 2352 galaxias, tomadas con el instrumento Infrared Array Camera (IRAC) instalado en el Telescopio Espacial Spitzer (Sheth et al. 2010). La selección de galaxias está basada en su velocidad radial (Vradio < 3000 km/s), así como en la magnitud total en B corregida (mBcorr < 15.5 mag), el diámetro angular isofotal (D25 > 1 ′ .0) y la latitud Galáctica (|b| > 30◦ ), según los datos recogidos en HyperLEDA (Paturel et al. 2003). Sin embargo, la muestra presenta un sesgo importante. Debido a que las velocidades radiales fueron tomadas de fuentes que caracterizaban la línea de HI, se excluyeron, mayoritariamente, galaxias de tipo temprano con bajo contenido en gas (con velocidad radiales tomadas en el rango óptico). Por este motivo, el equipo de S 4G llevó a cabo una muestra adicional de 465 galaxias (extensión de Early Type Galaxies, o de ETGs) con los mismos criterios que la original (Sheth et al. 2013) pero con velocidad radial medida a partir de espectros en el óptico, con el fin de rellenar aquellos tipos morfológicos tempranos que no se pudieron estudiar originalmente. La pipeline de la S 4G original consta de cinco partes: la Pipeline 1 (P1, Regan 2013) se basa en el tratamiento de las imágenes original; la Pipeline 2 (P2, Muñoz-Mateos et al. 2015) en la creación de máscaras para dichas imágenes, en caso de objetos que las puedan afectar; en la Pipeline 3 (P3, Muñoz-Mateos et al. 2015) se derivan perfiles radiales de parámetros globales de las galaxias (tamaño, magnitud, color, etc.); en la Pipeline 4 (P4, Salo et al. 2015) se realizan descomposiciones fotométricas de las estructuras galácticas, y en la Pipeline 5 (P5, Querejeta et al. 2015b) se corrigen las imágenes finales por contaminantes (por ejemplo, polvo caliente). Sin embargo, para la extensión de ETGs se han publicado resultados hasta la P3 (Watkins et al. 2022). En este trabajo se han realizado descomposiciones fotométricas en dos dimensiones de la extensión con GALFIT (Peng et al. 2002, Peng et al. 2010), siguiendo los criterios establecidos para las descomposiciones en la P4 de la S 4G original, y es fundamental para la futura publicación de la P4 de la extensión. Los modelos fotométricos finales para cada galaxia se construyeron a partir de cuatro funciones distintas: función de Sérsic, disco exponencial, perfil de Ferrers modificado y psf. En las descomposiciones está permitido usar cualquier combinación de estas funciones, pero están limitadas a un máximo de cuatro componentes, y se realizaron para todas las imágenes disponibles, excepto para las galaxias con orientación de canto. Los modelos finales para cada galaxia tienen asociado un criterio de calidad (quality flag, QF) que indica el grado de fiabilidad del modelo y que varía entre 1 y 5. Aquellas galaxias con criterio 1 o 2 (en resumen, aquellas cuyas imágenes originales no son de buena calidad o con morfología muy distorsionada) fueron excluidas. Finalmente, se obtuvieron 380 descomposiciones válidas para su posterior análisis. La parte final de este trabajo se centra en el análisis de parámetros derivados de las distintas estructuras de las galaxias, con el fin de entender la naturaleza de las mismas. Para ello, se agrupan las galaxias en su tipo de Hubble y se realiza la estadística para cada tipo de la fracción de luminosidad del bulbo (B/T), el índice de Sérsic, la fracción de luminosidad de las barras (Bar/T), y la longitud de escala (hr) y brillo superficial central de los discos (µ0), todo en función del tipo de Hubble. Este análisis conduce a una discusión sobre los tipos de bulbo (clásicos y pseudobulbos) que se pueden encontrar en las galaxias de la extensión, así como la posible influencia de las barras en los parámetros derivados de los discos (hr y µ0). Adicionalmente, también se discute la distribución de tipos morfológicos de la muestra y de los distintos tipos de modelos usados. Los modelos obtenidos para la muestra original de S 4G también tienen importancia en este trabajo. La comparación de estos con los derivados para la extensión permite descubrir sesgos en la creación de modelos de ambas muestras: aunque se han intentado seguir los mismos criterios que en la P4 original, también se ha considerado que i) los modelos de galaxias elípticas pueden contener más de un pérfil de Sérsic y ii) se ha intentado modelar las partes externas de las galaxias con discos adicionales. Este último punto entra en conflicto con uno de los razonamientos de la P4 original, que asume que un único disco exponencial es suficiente para una primera estimación de lo parámetros del disco de una galaxia (aunque en casos excepcionales se usa más de un disco exponencial). A la hora de derivar la longitud de escala y el brillo superficial central se optó por considerar los discos más externos. Esta decisión no afecta al propio análisis de las ETGs (al menos dentro del alcance de este trabajo) pero sí a la comparación de las muestras. Debido a esto, también se presentan los resultados de estos mismos parámetros pero usando el disco interno. En las conclusiones se recogen los resultados más importantes obtenidos en este trabajo. En cuanto a las galaxias de la extensión de ETGs, se discuten los valores de los párametros calculados, además de cómo la propia morfología de las galaxias puede llegar a afectarlos (p.e, la presencia de pseudobulbos y la influencia de las barras en los párametros de los discos). La comparación con las galaxias de la S 4G, como se ha comentado anteriormente, resalta los sesgos en las descomposiciones de ambas muestras: en particular para las elípticas y las galaxias con disco. Es necesario revisar estas peculiaridades antes de plantear un análisis definitivo de todas las galaxias, pero esto no minimiza la importancia de las descomposiciones fotométricas realizadas para la publicación de la Pipeline 4 de la extensión de ETGs. Finalmente, se indica una posible línea de estudio adicionale: la influencia de los anillos estelares sobre las descomposiciones.