Medidas de abundâncias químicas a partir de espectros somados de galáxias

Abstract

Conhecer a abundância química do oxigênio é fundamental para a construção de modelos que descrevem a evolução química de galáxias. Na literatura, apresentam-se duas maneiras de calcular a abundância: métodos indiretos e o método direto. Métodos indiretos podem ser aplicados a uma grande faixa de abundâncias, porém divergem entre si. O método direto é mais robusto, mas exige espectros de alta qualidade para galáxias com alta abundância química. Isto porque, para usar o método direto, é necessário medir a intensidade das linhas aurorais (como [O III]? 4363 e [N II]? 5755). Entretanto, no regime de alta abundância, tais linhas são suprimidas pelo ruído do espectro das galáxias. Para detectá-las, precisamos aumentar a razão sinal?ruído do espectro. Uma maneira de fazer isso é somando espectros de galáxias com propriedades físicas similares. Neste trabalho, somamos cerca de 110 000 espectros de galáxias com formação estelar ativa do Sloan Digital Sky Survey de acordo com dois conjuntos de propriedades: um baseado em razões de linhas fortes: [O III]/Hß? [O II]/Hß, e outro na massa estelar e taxa de formação estelar. Aplicamos o método direto a esses espectros somados para obter medidas mais robustas da abundância química do oxigênio. Testamos diferentes formas de normalizações da soma de espectros, e concluímos que elas não afetam significativamente nossos resultados. Reanalisamos a relação empírica entre massa estelar, taxa de formação estelar e abundância química do oxigênio. As relações que obtivemos concordam com trabalhos anteriores: existe uma anti-correlação entre a abundância do oxigênio e a taxa de formação estelar, essa anti-correlação é mais íngreme no regime de baixa massa. No entanto, não conseguimos afirmar se existe um valor de saturação da abundância do oxigênio para altas massas.

Abstract: An accurate measurement of the oxygen abundance is fundamental for modelling the chemical evolution of galaxies. In the literature, there are two ways to determine the oxygen abundance: indirect methods and the direct method. Indirect methods can be used at a wide range of oxygen abundances, but they differ from one another. The direct method is more robust, but it requires high-quality spectra for metal-rich galaxies. That is due to its reliance on weak emission lines, such as [O III]? 4363 and [N II]? 5755, which can be lost in the spectral noise at the high-abundance regime. In order to detect such lines, we must increase the spectral signal-to-noise ratio. One way to do so is by stacking spectra of galaxies with similar physical properties. In this work, we stacked about 110 000 star-forming galaxy spectra from the Sloan Digital Sky Survey according to two sets of properties: one based on strong line ratios, and the other based on the stellar mass and the star formation rate. We applied the direct method to these stacked spectra to obtain more robust measurements of oxygen abundances. We tested different forms of spectral normalization prior to stacking, and find they do not significantly affect our results. We reexamine the empirical relation between stellar mass, star formation rate and oxygen abundance. The relation we obtain agrees with previous works: there is an anti-correlation between the oxygen abundance and the star formation rate, and this anti-correlation is steeper at the low-mass regime. However, our results do not allow us to verify whether there is a saturation value for the oxygen abundance at high stellar masses.