Síntese de população estelar de galáxias Starburst através de espectroscopia no infravermelho próximo

Abstract

As Galáxias Starburst (SBs) são galáxias com intensa formação estelar, geralmente na região nuclear (r = 100 − 1000pc), e estão entre os melhores laboratórios para estudar a evolução de estrelas massivas, assim como os processos físicos que estão associados com os primeiros estágios de formação de galáxias. As taxas de formação estelar nesta região excedem as encontradas ao longo do restante da galáxia hospedeira. O espectro das SBs é caracterizado por linhas de emissão brilhantes, como as linhas de recombinação do hidrogênio e hélio e linhas de transições proibidas do enxofre, oxigênio e nitrogênio. Acredita-se que o infravermelho (IR) proporcione meios para detectar estrelas de idade jovem a intermediária (∼ 0.2 − 2 × 109 anos). Um exemplo disto são as estrelas na fase dos pulsos térmicos do ramo assintótico das gigantes (TP-AGB), que contribuem principalmente na região do infravermelho próximo (NIR), sendo bons indicadores de surto de formação estelar recente neste intervalo espectral. Desta maneira, a inclusão desta fase em modelos semi-empíricos, a qual ´e feita através da inclusão de estrelas ricas em carbono e oxigênio, é de fundamental importância para modelar as populações estelares (SPs) no NIR. Ainda, estes modelos preveem linhas de absorção características de populações de idade jovem a intermediária, as quais estão presentes nos espectros na região do NIR (e.g. CN em 1.1μ m). Usando estes modelos, investigamos a variação espacial da SP de quatro SBs (NGC1614, NGC34, NGC3310 e NGC7714), cujos espectros foram obtidos com o espectrógrafo SpeX, anexado ao telescópio da NASA, optimizado para o infravermelho (IRTF), localizado no Mauna Kea, Havaí. Utilizamos o código starlight, atualizado com os modelos descritos acima, para estudar as SPs das galáxias. Nossos principais resultados são: a região nuclear das galáxias ´e dominada por estrelas com idade intermediária, `a exceção de NGC34, cuja SP dominante é jovem. Encontramos evidências de anéis de SP intermediária no entorno do núcleo em três das galáxias estudadas. O objeto fora deste padrão é NGC7714, cuja SP ´e dominada por população intermediária que cresce do centro para noroeste. Concluímos também que a metalicidade é um bom parâmetro para a análise do histórico de formação estelar nas SBs, uma vez que esta aumenta com a SP de idade intermediária na maioria das fontes, conforme o esperado. O avermelhamento ´e aproximadamente constante ao longo das galáxias.

A galaxy that is undergoing an intense star formation, usually in the central region (radii of 100-1000pc), is called a Starburst galaxy (SB). The star-formation rates in this region exceed those found throughout the rest of the host galaxy. Also, the spectrum is characterized by unusually bright emission lines and is dominated by hydrogen and helium recombination lines and strong forbidden lines of sulphur, oxigen and nitrogen, among others. Through the analysis of the stellar content, we may get information on critical processes such as recent episodes of star formation and the evolutionary history of the galaxy. Thus, the study of galaxy stellar populations (SPs) is a critical step in the understanding of galaxy formation and evolution. Near-infrared (NIR) stellar aborption features allow to recognize red supergiants, prime indicators for tracing starburst in galaxies. Besides the short-lived red supergiants, the NIR includes the contribution of thermally pulsating asymptotic giant branch (TP-AGB) stars, enhanced in young to intermediate-age SPs (∼ 0.2−2×109 anos). This population is usually missed in the optical, since the most prominent spectral features associated to it, the CN absorption bands (e.g. 1.1μ m), fall in the NIR. With the new generations of Evolutionary Population Synthesis (EPS) models, wich include a proper treatment of the TP-AGB phase, it is now possible to study the NIR SP of galaxies in an unprecedented depth. Here we employ Infrared Telescope Facility SpeX NIR (0.8-2.4μm) spectra to investigate the spatial variation of the SPs in four SBs (NGC34, NGC1614, NGC3310 and NGC7714). We use the starlight code, updated with the most recent EPS models avaliable in the literature. Our main results are that the central region of the galaxies is dominated by intermediate-age stars, except for NGC34, wich shows a predomiance of a young age SP in the nuclear surroundings. We found evidence of circumnuclear rings of star formation with young to intermediate-ages in three galaxies. The only exception is NGC7714, which has an intermediate-age SP dominating at northwest from the center, while no signs of a ring are found at the southeast. Also, we conclude that the metallicity is a good parameter to study the SBs star formation history, since the metallicity pattern follows the increase in the intermediate-age SP in most of the sources, as expected. The reddening is nearly constant along the whole galaxy.