Analysis of SDSS spectra and GALEX photometry with STARLIGHT: stellar populations and dust attenuation in local galaxies

Abstract

O software de síntese espectral STARLIGHT é uma ferramenta que permite a extração de propriedades físicas de galáxias ajustando suas componentes estelares usando uma combinação de espectros de populações estelares. Nesta tese, apresentamos uma nova versão do código que permite a combinação de dados espectroscópicos e fotométricos, permitindo melhores estimativas de propriedades de galáxias. O código é aplicado a dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e do Galaxy Evolution Explorer (GALEX) para uma análise simultânea de espectros ópticos e fotometria ultravioleta em uma amostra de 231643 galáxias usando modelos do estado da arte para populações estelares. Desenvolvemos um novo método para estimar a fotometria do GALEX em aberturas compatíveis com espectros do SDSS. Nosso método é confiável quando aplicado a amostras grandes e compatível com outro método encontrado na literatura. Em concordância com experiências anteriores baseadas em espectros integrados do CALIFA, nossos resultados mostram que a adição de dados ultravioleta leva a um aumento moderado nas frações de luz atribuídas a populações estelares de 10 a 100 milhões de anos; também é possível identificar uma concomitante diminuição nas frações de luz das populações mais jovens e mais velhas. Quando analisamos estas tendências em um espaço de cor-magnitude, percebemos que as mudanças são mais dramáticas em galáxias da chamada nuvem azul (NUV-r<4), especialmente para as menos brilhantes. Também observa-se um aumento na atenuação por poeira estimada para galáxias dominadas por populações estelares jovens. Investigamos a contribuição de diferentes populações estelares para a emissão em filtros do GALEX e do SDSS e como estas variam no espaço de cor-magnitude, mostrando que populações estelares jovens têm contribuições significativas para o ultravioleta em galáxias de cor 4<NUV-r<5 (vale verde) e uma contribuição pequena na região menos brilhante da sequência vermelha inferior (5<NUV-r<6). Em galáxias com cores NUV-r>6 (sequência vermelha superior) a emissão ultravioleta é dominada por populações velhas que contribuem mais para o FUV do que populações de idade intermediária. A contribuição de populações estelares para a luz ultravioleta é usada para evidenciar as diferenças entre galáxias aposentadas com e sem linhas de emissão detectáveis. Em concordância com trabalhos anteriores, mostramos que o primeiro grupo apresenta um excesso em populações estelares de idade intermediária quando comparado com o segundo grupo, evidenciando que a ionização em galáxias aposentadas está conectada com diferentes históricos de formação. Por fim, comparamos os resultados obtidos com duas prescrições diferentes para os efeitos da poeira em uma sub-amostra composta apenas por galáxias espirais. Nosso conjunto de dados é mais bem representado pela lei de atenuação de galáxias starburst, apesar de os resultados assumindo a lei de extinção da Via-Láctea como modelo de atenuação melhoram conforme a profundidade óptica da poeira diminui, especialmente em galáxias cujos discos são vistos em alta inclinação, indicando que estas galáxias podem ser mais bem representadas com leis de atenuação de formas similares à curva de extinção da Via-Láctea, mas com características menos acentuadas. Verificamos que os modelos de populações estelares usados neste trabalho, que atribuem o UV upturn apenas a estrelas post-AGB, reproduzem a emissão FUV de galáxias com UV upturn em nossa amostra com margem de 0.25 magnitudes em 62% dos casos. Esse resultado indica que fontes adicionais de emissão são necessárias para explicar as magnitudes FUV de uma fração considerável destes objetos.<br>

Abstract : The STARLIGHT spectral synthesis code is a tool that extracts physical information of galaxies by fitting their stellar component using a combination of stellar population spectra. In this thesis, we present a new version of the code, which allows the combination of spectroscopic and photometric information to better constrain galaxy properties. The code is applied to data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) and the Galaxy Evolution Explorer (GALEX) to simultaneously analyze optical spectra and ultraviolet photometry of 231643 galaxies using state-of-the-art stellar population models. A new method was developed to estimate GALEX photometry in the SDSS spectroscopic aperture. The method proves itself reliable when applied to large samples and is compatible to another method found in the literature. We find that, in agreement with previous experiments based on CALIFA data, the addition of UV constraints leads to a moderate increase on the light fraction of populations with 10 to 100 million years; we also find a concomitant decrease of younger and older components. In color magnitude space, changes are most relevant for galaxies at the faint end of the blue cloud. We investigate the contribution of different stellar populations to the fraction of light in GALEX and SDSS bands across the UV-optical color-magnitude diagram, showing that young stellar populations contribute significantly to UV emission up to the green valley (4<NUV-r<5) and to a smaller extent in the faint end of the lower red sequence (5<NUV-r<6). In the upper red sequence, UV emission is dominated by old stellar populations that contribute more to FUV emission than intermediate age populations. As an example application, we use this wavelength dependence to highlight differences between retired galaxies with and without emission lines. In agreement with previous work, we find that the former show an excess of intermediate age populations when compared to the later. Testing the suitability of two different prescriptions for dust in a subsample of spiral galaxies, we find that our data-set is best fitted using the attenuation law of starburst galaxies. However, results assuming the Milky Way extinction curve as an attenuation model improve with decreasing V-band optical depth, especially for galaxies viewed edge-on, indicating that highly inclined galaxies may exhibit attenuation curves with shapes similar to the one of the Milky Way extinction curve, although with less prominent features. We find that the models used in this work, on which the UV upturn phenomenon is solely due to post-AGB stars, can reproduce FUV emission within 0.25 magnitudes in 62% of UV upturn galaxies in our sample. This indicates the need for additional UV sources to reproduce the FUV magnitudes of a significant portion of these objects.