Observing our own galaxy from far away: a JWST view of Milky Way-like galaxies

Abstract

El objetivo principal de este trabajo es ver cu´anta informaci´on se puede obtener de un espectro del JWST de una galaxia tipo V´ıa L´actea en un corrimiento al rojo intermedio. Para ello, se har´a una introducci´on sobre los aspectos necesarios para saber c´omo se forma una galaxia y qu´e factores afectan en la formaci´on estelar, para luego adentrarse en las galaxias tipo V´ıa L´actea, y acabar con las capacidades instrumentales que tiene JWST. Para este prop´osito se usar´an los datos de la simulaci´on cosmol´ogica TNG50, a corrimiento al rojo 0, para obtener pesos de los diferentes valores de edad y metalicidad sobre las diferentes part´ıculas estelares. Sin embargo, los espectros se generar´an con las SSPs de MILES. Por lo tanto, en la parte de la metodolog´ıa se determinar´a c´omo se ha llevado a cabo la correspondiente asociaci´on de los valores de edad y metalicidad, adem´as de especificar c´omo se ha tratado el espectro para adaptarlo a un corrimiento al rojo de 1.5. En el desarrollo del espectro tambi´en entrar´an factores como el SNR (Signal-to-Noise Ratio), la regularizaci´on y la resoluci´on espectral, que ser´an piezas fundamentales para ver cu´anta informaci´on podemos obtener del ajuste de dicho espectro, ya que para el ajuste, en este trabajo se usa pPXF (Penalized Pixel Fitting). Esta herramienta se explicar´a en la ´ultima parte de la metodolog´ıa, y se mostrar´an los par´ametros m´as relevantes. Despu´es de hacer el ajuste, seremos capaces de concluir si pPXF puede recrear los resultados de TNG, teniendo en cuenta el SNR, la regularizaci´on y la resoluci´on espectral, adem´as de mostrar las limitaciones de la herramienta pPXF. Sumado a esto, se mostrar´an las relaciones de los valores de edad y metalicidad con la masa estelar, que servir´an para entender mejor la relaci´on entre los diferentes par´ametros y que tienen en cuenta los procesos de la formaci´on de la galaxia mencionados en la introducci´on. Al final, se mostrar´an los gr´aficos obtenidos de la Historia de Formaci´on Estelar (Star Formation History) y la Funci´on de Metalicidad dependiente del Tiempo (Time dependent Metallicity Function), que servir´an para la comprensi´on de la evoluci´on de las galaxias tipo V´ıa L´actea. Para finalizar este trabajo, se valorar´an los resultados con investigaciones previas que hayan usado herramientas parecidas, de tal forma se le dar´a una consistencia a los resultados obtenidos y se establecer´an cu´ales son los l´ımites de este trabajo. Despu´es de la discusi´on, se expondr´an las conclusiones principales del trabajo de manera concreta y se explicitar´a la bibliograf´ıaa usada en el trabajo.

The main objective of this work is to see how much information can be obtained from a JWST spectrum of a Milky Way-type galaxy at an intermediate redshift. We will provide a brief introduction to the principal aspects of galaxy formation and the factors that influence star formation. Then, we will focus on the different definitions of Milky Way-like galaxies and determine which criterion we are adopting for this work. Finally, we will introduce the capabilities of JWST, highlighting its dispersive elements and observation modes. For this purpose, we will use data from the TNG50 cosmological simulation at redshift 0 to obtain weights for different ages and metallicities of various stellar particles. However, the spectra will be generated using the MILES SSP (Single Stellar Population) models. Therefore, in the methodology section, we will explain the procedure used to associate age and metallicity, in addition to specifying how we adapt the spectrum as if we were observing the galaxy’s spectrum from the JWST at z=1.5. In the development of the spectra, we have to take into account factors such as SNR (Signal-to-Noise Ratio), regularization, and spectral resolution. These will be key components in understanding how much information we can obtain from the spectra during the fitting process. This fitting will be conducted using pPXF, a very useful tool based on the Full Spectrum Fitting method. Nevertheless, the last part of the methodology section will explain what pPXF is and its principal parameters. After adjusting the spectra, we will be able to conclude whether pPXF can recreate the TNG results, considering how SNR, regularization, and spectral resolution affect it. Additionally, we will discuss the limitations of pPXF. Furthermore, we will show relationships between age, metallicity, and stellar mass, which are crucial for better understanding the connections between these parameters in galaxy formation. Finally, we will present the graphics obtained for the Star Formation History (SFH) and the Time-Dependent Metallicity Function (TMF), which will be useful for comprehending the evolution of Milky Way-like galaxies. To finalize this work, we will evaluate our results alongside previous investigations that have utilized similar tools. This approach will provide consistency to our findings and help establish the scope of this study. Following the discussion, the conclusions will be presented in a concise and precise manner. Finally, the bibliography will be included.