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The interdependence of mass, star formation rate, and metallicity in MAGPI galaxies
Maria Koller
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Bodo Ziegler
DOI
10.25365/thesis.73908
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20185.42730.390991-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Sternentstehungsraten (SFRs), Gasphasenmetallizitäten, und stellare Massen sind wichtige Aspekte der Galaxienentwicklung. Die verschiedenen Relationen, die aus diesen Eigenschaften hervorgehen, geben uns einen Einblick in die komplexe Wechselwirkung vom Gas innerhalb Galaxien, sowie deren evolutionären Entwicklungsverlauf und aktuellen Eigenschaften. Um diese Relationen zu untersuchen, habe ich mich dazu entschlossen eine räumlich aufgelöste spektroskopische Analyse von mehreren Emissionslinien im optischen Bereich von Galaxien bei mittleren Rotverschiebungen zu machen. Der Datensatz für diese Arbeit besteht aus Spektren von 12 verschiedenen Emissionsliniengalaxien aus der MAGPI survey. Unsere Stichprobe hat eine durchschnittlichen Rotverschiebung von z ∼ 0.31 und eine durchschnittliche stellare Masse von log(M∗/M⊙) ∼ 11.1. Stellare Massen, Sternentstehungsgeschichten (SFHs) und Flüsse der Emissionslinien [OII]λ3737 + 3729, Hβ, [OIII]λ5007, Hα, [NII]λ6584 und [SII]λ6717 + 6731 wurden mithilfe des Populations spectarl synthesis codes FADO erhalten. Diese Emissionslinien ermöglichen es uns Gasphasenmetallizitäten anhand von Sauerstoffreichtums und SFRs anhand des Umrechnungsgesetzes von Kennicutt (1998) auf der Grundlage der extinktionskorrigierten Leuchtkraft der Hα-Emissionslinie zu berechnen. Um die dominanten ionisierenden Mechanismen in jeder Galaxie zu untersuchen, wurde eine detaillierte Analyse anhand von diagnostischen Diagrammen von Baldwin et al. (1981), Veilleux Osterbrock (1987) und Lamareille (2010) sowie mehrerer empirischer und theoretischer Separationskurven durchgeführt. Durch die Verknüpfung der erhaltenen räumlich aufgelösten stellaren Massen, SFRs und Gasmetallizitäten wurden die Star Formation Main Sequence (SFMS), die Mass-Metallicitiy relation (MZR) und die fundamental metallicity relation (FMR) untersucht. Traditionell werden diese Beziehungen anhand der Spaxel der Galaxien analysiert, die in den Bereich der Sternentstehung des diagnostischen Diagramms von Baldwin et al. (1981) fallen. Zur Vergleichszwecken habe ich in dieser Arbeit auch eine Methode von Davies et al. (2017) angewendet, die dazu dient, den prozentualen Beitrag der Sternentstehung zu den Emissionslinien jedes Spaxels zu berechnen und zu extrahieren. Basierend auf den Ergebnissen der diagnostischen Diagramme zeigen unsere 12 Galaxien in unserer Stichprobe sowohl auf räumlich aufgelöster als auch auf globaler Ebene hauptsächlich eine Ionisation durch eine Kombination aus Sternentstehung und kompositären Emissionen, die eine Mischung aus Sternentstehung und LINERund/oder AGN-Emissionen darstellen. Auf globaler und räumlich aufgelöster Ebene folgt unsere Probe der SFMS mit ähnlichen linearen Anstiegen für die räumlich aufgelöste Star Formation Main Sequence (rSFMS) wie sie für lokale Galaxien und ähnliche Rotverschiebungen gefunden wurden. Die globale MZR befindet sich innerhalb der 1σ Streuung der lokalen SDSS-Beziehung, während auf räumlich aufgelöster Ebene unsere Stichprobe über der lokalen Beziehung liegt, was auf einen möglichen Einfluss der Gesamtstellarmasse auf die lokale Metallizität hinweisen könnte. Aufgrund der hohen Stellarmassen unserer Stichprobe von 10.87 < log(M∗/M⊙) < 11.47 sind höhere Metallizitäten zu erwarten, insbesondere im Vergleich zu Metallizitäten, die bei ähnlicher Rotverschiebung, jedoch für Galaxien mit geringeren Massen ermittelt wurden. Für beide dieser Beziehungen wurden mit der traditionellen Auswahl von Spaxel, die in den Bereich der Sternentstehung im BPT-Diagramm fallen, sowie bei der Berechnung der Sternentstehungsanteile der Leuchtkräfte der Emissionslinien nahezu identische Ergebnisse erzielt. Insgesamt sind die Metallizitätsgradienten mithilfe der spectral decompostion method eher flach aber negativ. Wir finden auch Hinweise auf das Vorhandensein einer aufgelösten fundamental metallicity relation (rFMR) bei mittleren Rotverschiebungen. Durch die Verwendung von partiellen Korrelationskoeffizienten stellen wir fest, dass die lokale Metallizität hauptsächlich von der räumlich aufgelösten Stellarmassendichte Σ∗ abhängt mit einer sekundären Abhängigkeit auf die totale stellare Masse M∗, sowie eine negative Abhängigkeit auf die räumlich aufgelöste SFR-Oberflächendichte ΣSFR.
Abstract
(Englisch)
Star formation rates (SFRs), gas-phase metallicities, and stellar masses are crucial for studying galaxy evolution. The different relations resulting from these properties give insights into the complex interplay of gas inside galaxies as well as their evolutionary trajectory and current characteristics. In order to explore these relations, I have chosen to do a spatially resolved spectroscopic analysis of various emission lines within the optical wavelength of galaxies at intermediate redshifts. The data set for this thesis consists of the spectra of 12 different emission line galaxies from the MAGPI survey, amounting to an average redshift of z ∼ 0.31 and an average total stellar mass of log(M∗/M⊙) ∼ 11.1. Stellar masses, star formation histories (SFHs), and emission line fluxes of [OII]λ3737 + 3729, Hβ, [OIII]λ5007, Hα, [NII]λ6584, and [SII]λ6717 + 6731 were obtained via the population spectral synthesis code FADO. These emission lines enable us to compute gas-phase metallicities via oxygen abundances and SFRs via the conversion law by Kennicutt (1998) based on the extinction-corrected luminosity of the Hα emission line. To explore the ionizing mechanisms dominating each galaxy, a detailed analysis based on diagnostic diagrams by Baldwin et al. (1981), Veilleux & Osterbrock (1987), and Lamareille (2010), as well as several different empirical and theoretical separation curves was conducted. By relating the obtained spatially resolved stellar masses, SFRs, and gas-phase metallicity together, the star formation main sequence (SFMS), mass-metallicity relation (MZR), and fundamental metallicity relation (FMR) were investigated. Traditionally, these relations are analyzed using the galaxies’ spaxels that fall into the star-forming region of the Baldwin et al. (1981) diagnostic diagram. To give a comparison, in this thesis, I also employed a method by Davies et al. (2017) that helps compute and extract the fractional contribution of the different ionizing mechanisms (star formation, ionization by an AGN, and LINER emission) to each spaxel’s emission lines. According to the results drawn from diagnostic diagrams on both spatially resolved and global scales, our sample of 12 galaxies is mainly ionized via a combination of star formation and composite emission. On both global and spatially resolved scales, our sample follows the SFMS with linear fit slopes for the resolved star formation main sequence (rSFMS) being similar to those reported for local galaxies and at similar redshifts. Global gas-phase metallicities and stellar masses populate the mass-metallicity plane within the 1σ scatter of the local SDSS relation, while on spatially resolved scales, our sample is observed to be above the local relation, which could indicate a possible influence of the total stellar mass on the local metallicity. Due to our sample’s high stellar masses of 10.87 < log(M∗/M⊙) < 11.47, higher metallicities are to be expected, especially when comparing them to oxygen abundance derived at similar redshift but for galaxies at lower masses. For both these relations, both the traditional selection of star-forming spaxels out of the BPT diagram and when computing the star-forming fractions of the luminosities of the emission lines via the spectral decomposition method, nearly identical results are obtained. Overall, the metallicity gradients are quite flat but negative for results obtained via the spectral decomposition method. We also find proof of a resolved fundamental metallicity relation (rFMR) at intermediate redshifts. By employing partial correlation coefficients, we find that the local metallicity is majorly dependent on the spatially resolved stellar mass surface density Σ∗ with nearly equal dependences on the total stellar mass M∗ and, inversely, on the spatially resolved SFR surface density ΣSFR.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Galaxienentwicklung
Schlagwörter
(Englisch)
Galaxy Evolution
Autor*innen
Maria Koller
Haupttitel (Englisch)
The interdependence of mass, star formation rate, and metallicity in MAGPI galaxies
Paralleltitel (Deutsch)
Die Interdependenz von Masse, Sternentstehungsrate, und Metallizität in MAGPI Galaxien
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
xiii, 145 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bodo Ziegler
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme. Galaxien ,
39 Astronomie > 39.43 Interstellare Materie
AC Nummer
AC16909401
Utheses ID
67433
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |