Αυτή η διδακτορική διατριβή παρουσιάζει την ταξινόμηση ενός δείγματος γαλαξιών με έντονη εκπομπή στο υπέρυθρο, βάση της δραστηριότητας στον πυρήνα τους. Στόχος μας είναι η διερεύνηση της πυρηνικής δραστηριότητας αλλά και της διαδικασίας αστρογένεσης σε ολόκληρο το γαλαξία συνολικά, καθώς και σε μεμονωμένες περιοχές εντός του γαλαξία.
Αρχικά διερευνούμε τον τρόπο με τον οποίο η πυρηνική ταξινόμηση των γαλαξιών εξαρτάτε από το ποσοστό του φωτός από το υπόλοιπο σώμα του γαλαξία, το οποίο υπεισέρχε¬ται στη σχισμή που εξάγεται το πυρηνικό φάσμα των γαλαξιών. Χρησιμοποιούμε φάσματα από φασματογράφο σχισμής καθώς και προσομοιώσεις φασμάτων που έχουν ληφθεί από ελλειπτικές οπές διαφορετικών μεγεθών για την περίπτωση 14 γαλαξιών. Μελετάμε τον τρόπο με τον οποίο οι λόγοι φασματικών γραμμών εκπομπής που χρησιμοποιούνται σε οπτικά διαγνωστικά ταξινόμησης γαλαξιών αλλάζουν και κατ επέκταση επηρεάζουν την ταξινόμηση των γαλαξιών, καθώς όλο και περισσότερο φως από το σώμα του γαλαξία εμπεριέχεται στην σχισμή από την οποία εξάγεται το πυρηνικό φάσμα. Βρίσκουμε ότι οι μέθοδοι αφαίρεσης του αστρικού φωτός από το πυρηνικό φάσμα εκπομπής του γαλαξία μπορούν να περιορίσουν αλλά όχι να αφαιρέσουν απόλυτα την εισχώρηση του φωτός από το σώμα του γαλαξία στην πυρηνική σχισμή. Επιπλέον, γαλαξίες με έντονη εξωπυρηνική αστρογένεση παρουσιάζουν μεγαλύτερους λόγους [ΟIII]λ5007/Ηβ καθώς αυξάνεται το μέγεθος της πυρηνικής σχισμής της φασματικής εξαγωγής, σε αντίθεση με την κοινή αντίληψη ότι το επιπρόσθετο φως από το σώμα του γαλαξία θα μειώσει τους λόγους γραμμών εκπομπής του πυρήνα. Τόσο με τη χρήση φασματοσκοπίας σχισμής όσο και οπτικών ινών οι γαλαξίες θα παρουσιάζουν διαφορετική θέση στα διαγνωστικά διαγράμματα και σε κάποιες περιπτώσεις διαφορετική ταξινόμηση καθώς όλο και περισσότερο φως από το σώμα του γαλαξίες υπεισέρχεται στην πυρηνική σχισμή φασματικής εξαγωγής.
Παρουσιάζουμε τα δημογραφικά στοιχεία της πυρηνικής δραστηριότητας γαλαξιών με έντονη εκπομπή στο υπέρυθρο στο κοντινό Σύμπαν, χρησιμοποιώντας το αντιπροσωπευτι¬κό δείγμα του Star Formation Reference Survey (SFRS; Ashby et al. 2011). Το πλαίσιο ταξινόμησης που χρησιμοποιούμε βασίζεται σε ένα συνδυασμό των τριών διαγνωστικών οπτικών γραμμών εκπομπής καθώς και διαγνωστικών υπέρυθρων χρωμάτων. Χρησιμο-ποιούμε τα συνολικά υπέρυθρα χρώματα των γαλαξιών για να αναγνωρίσουμε περιπτώσεις ενεργών γαλαξιακών πυρήνων (Active Galactic Nuclei: AGN) που είναι καλυμμένα μέσα σε πυκνά στρώματα σκόνης, αλλά επιπλέον χρησιμοποιούμε και τα πυρηνικά υπέρυθρα χρώματα των γαλαξιών για να λάβουμε υπόψιν την εισχώρηση φωτός από το υπόλοιπο σώμα του γαλαξία στον πυρήνα. Χρησιμοποιώντας τα στατιστικά βάρη που έχουν αποδοθεί στους γαλαξίες του SFRS σε σχέση με το ευρύτερο δείγμα γαλαξιών PSCz από το οποίο προέκυψαν, υπολογίζουμε τα ποσοστά των διαφορετικών γαλαξιακών πυρηνικών τύπων και μελετούμε τα χαρακτηριστικά των γαλαξιών στα οποία ανήκουν. Βρίσκουμε ότι το PSCz περιέχει 71% γαλαξίες αστρογένεσης HII, 13% γαλαξίες Seyferts, 3% μεταβα¬τικά αντικείμενα, ανδ 13% αντικείμενα πυρηνικών γραμμών εκπομπής χαμηλού ιονισμού (Low-Ionization Nuclear Emission-Line Regions: LINERs). Για τους Η II γαλαξίες του SFRS υπολογίζουμε τον ρυθμό αστρογένεσης και την μεταλλικότητα του αερίου στον πυ-ρήνα τους, ενώ για όλους τους γαλαξίες που παρατηρήθηκαν με φασματογράφο σχισμής υπολογίζουμε την μεταλλικότητά στις περιοχές εκτός του πυρήνα τους και υπολογίζουμε βαθμίδες μεταλλικότητας για 12 γαλαξίες. Οι περισσότεροι Η II γαλαξίες έχουν ένα μικρό εύρος τιμών μεταλλικότητας κοντά στην ηλιακή και επίπεδες βαθμίδες μεταλλικότητας. Βρίσκουμε με βάση τα χαρακτηριστικά του σώματος και του πυρήνα των γαλαξιών ότι η κυρίαρχη πηγή παραγωγής ενέργειας για τα SFRS (PSCz) μεταβατικά αντικείμενα είναι η δραστηριότητα αστρογένεσης. Οι LINERs βρίσκονται κατά κύριο λόγο σε γαλαξίες μεγάλης μάζας με χαμηλές τιμές L(60μμ), χαμηλές θερμοκρασίες σκόνης, και χαμηλές τιμές επιφανειακής πυκνότητας LΗα, υποδηλώνοντας ως βασική πηγή ιονισμού αστρικούς πληθυσμούς μεγάλης ηλικίας και όχι δραστηριότητα ενεργών γαλαξιακών πυρήνων.
Περιγράφουμε μία κύρια ακολουθία σε διακριτές περιοχές εντός των γαλαξιών (sub-galactic main sequence: SGMS) συσχετίζοντας την επιφανειακή πυκνότητα του ρυθμού αστρογένεσης (Σ SFR ) και της επιφανειακής πυκνότητας αστρικής μάζας (Σ*) για διακριτές περιοχές γαλαξιών αστρογένεσης, συμπεριλαμβανομένων των πυρήνων τους. Χρησιμοποιούμε ένα δείγμα 246 κοντινών γαλαξιών αστρογένεσης από το δείγμα του SFRS και δείχνουμε ότι η SGMS ορίζεται σε κλίμακες έως και ~1 kpc με κλίση α = 0.91 και διασπορά 0.31 dex, παρόμοια με την πρότυπη κυρία ακολουθία (MS) η οποία υπολογίζεται για τον συνολικό ρυθμό αστρογένεσης και την συνολική αστρική μάζα των γαλαξιών. Η κλίση της SGMS εξαρτάται από τη μορφολογία των γαλαξιών, με τους μεταγενέστερου τύπου σπειροειδείς (Sc—Irr) να έχουν κλίση α = 0.97 και τους προγενέστερου τύπου σπειροειδείς (Sa—Sbc) να έχουν κλίση α = 0.81. Η SGMS η οποία προκύπτει από τις διακριτές περιοχές κάθε γαλαξία ξεχωριστά έχει κατά μέσω όρο τα ίδια χαρακτηριστικά με την SGMS που προκύπτει από όλους τους γαλαξίες μαζί. Η SGMS που σχηματίζεται αποκλειστικά από τους γαλαξιακούς πυρήνες έχει διασπορά όμοια με την συνολική SGMS. Από την ανάλυσή μας προκύπτει ότι δειγματοληψία από περιορισμένο εύρος τιμών του χώρου SFR—M* έχει σαν αποτέλεσμα την υπό- ή υπέρ-γραμμικότητα της κλίσης της SGMS. Σχεδόν για όλους τους γαλαξίες τόσο η επιφανειακή πυκνότητα του ρυθμού αστρογένεσης όσο και της αστρικής μάζας έχει τη μέγιστη τιμή της στον πυρήνα των γαλαξιών, υποδηλώνοντας ότι τα σμήνη γύρω από τον πυρήνα είναι από τα πιο ενεργές περιοχές αστρογένεσης στους γαλαξίες και οι πιο μαζικές. Ο ρυθμός αστρογένεσης στον πυρήνα συσχετίζεται επίσης και με την συνολική αστρική μάζα των γαλαξιών, δημιουργώντας μια ξεχωριστή ακολουθία από την πρότυπη κυρία ακολουθία (MS) αστρογένεσης. Η πυρηνική κυρία ακολουθία αστρογένεσης θα είναι χρήσιμη για την μελέτη της ανάπτυξης του σφαιροειδούς (bulge) των γαλαξιών καθώς και για τον χαρακτηρισμό διαδικασιών ανάδρασης (feedback) μεταξύ των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων και των διαδικασιών αστρογένεσης.
(EL)
This thesis presents the activity demographics of an Infrared-selected sample of galaxies in the local Universe. Our goal is to investigate the nuclear activity and the star-forming activity in galaxy-wide and sub-galactic (kpc) physical scales.
First, we investigate how activity classification depends on the proportion of the host galaxy's light that is included in the nuclear spectral extraction aperture. We use both observed long-slit spectra and spectra from simulated elliptical apertures of different sizes for a set of 14 galaxies. We examine how the line ratios used in optical activity classification diagnostics, change and possibly influence the resulting classifications as a larger portion of starlight is gradually incorporated in the extracted aperture. We find that starlight subtraction can mitigate but not remove the effect of host galaxy contamination in the nuclear aperture. Furthermore, galaxies with extranuclear star formation can show higher [O III]λ5007/H/β ratios with increasing aperture, in contrast to the naive expectation that integrated light will only dilute the nuclear emission lines. Both fiber and long slit spectroscopy ascertain that galaxies will have a different placement in the diagnostic diagrams and on certain occasions a different classification as more starlight is included in the aperture of spectral extraction.
We present activity demographics and host-galaxy properties of IR-selected galax¬ies in the local Universe, using the representative Star Formation Reference Survey (SFRS; Ashby et al. 2011). Our classification scheme is based on a combination of the three standard optical emission-line diagrams (BPT) and IR-color diagnostics. We em¬ploy total IR colors to identify obscured active galactic nuclei (AGN), but furthermore we use also nuclear IR colors to account for host-galaxy light contamination. Using the well defined weights of the SFRS galaxies with respect to the parent PSCz sam¬ple, we derive the fractions of different activity types and their respective host-galaxy properties for the parent sample of IR-selected galaxies. We find that the PSCz com¬prises 71% Η II galaxies, 13% Seyferts, 3% Transition Objects, and 13% Low-Ionization Nuclear Emission-Line Regions (LINERs). For the SFRS sample we derive nuclear star-formation rates and gas-phase metallicities for the star-forming galaxies (SFGs = Η II), host-galaxy metallicities for all activity types with available long-slit spectroscopy, and measure abundance gradients for a subset of 12 face-on galaxies. The majority of SFGs show a narrow range of metallicities, close to solar, and flat metallicity profiles. We find that based on their host-galaxy and nuclear properties, the dominant ionizing source in the SFRS (PSCz) transition objects is star-forming activity. LINERs are found mostly in massive hosts with low L(60^m), low dust temperatures, and low LΗα surface densi¬ties, indicating older stellar populations as their main ionizing source rather than AGN activity.
We describe a sub-galactic main sequence (SGMS) relating star-formation rate sur¬face density (ΣSFR) and stellar mass density (Σ*) for distinct regions within star forming galaxies, including their nuclei. We use a sample of 246 nearby star-forming galaxies from the SFRS and demonstrate that the SGMS holds down to ~1 kpc scales with a slope of α = 0.91 and a dispersion of 0.31 dex, similar to the well-known main sequence (MS) measured for globally integrated star formation rates (SFRs) and stellar masses. The SGMS slope depends on galaxy morphology, with late-type galaxies (Sc—Irr) hav¬ing a slope α = 0.97, and early-type spirals (Sa—Sbc) having α = 0.81. The SGMS constructed from sub-regions of individual galaxies has on average the same character¬istics as the composite SGMS from all galaxies. The SGMS for galaxy nuclei shows a dispersion similar to that seen for other sub-regions. Our analysis shows that sampling a limited range of the SFR—M* space results in either sub-linearity or super-linearity of the SGMS slope. For nearly all galaxies, both the SFR and stellar mass peak in the nu¬cleus, indicating that circumnuclear clusters are among the most actively star-forming regions in the galaxy and the most massive. The nuclear SFR also correlates with total galaxy mass, forming a distinct sequence from the standard MS of star-formation. The nuclear main sequence will be useful for studying bulge growth and for characterizing feedback processes connecting AGN and star formation.
(EN)
Πανεπιστήμιο Κρήτης
