A formação e evolução de galáxias em diferentes redshifts e uma análise da função de massa estelar entre 0,5 < z < 3

Abstract

Compreender como as galáxias se formam e evoluem em diferentes redshifts tem sido um dos principais objetivos da astronomia extragaláctica. Ao analisarmos o Universo atual, em médio e em alto z verificamos que há uma mudança nas características das populações de galáxias dominantes em cada época, como em sua massa, metalicidade e taxa de formação estelar. Neste estudos, nós visamos a descrever a formação das galáxias, segundo a instabilidade gravitacional, e a sua evolução até o Universo presente. Com isso, realizamos uma revisão teórica sobre o assunto. Além disso, estimamos os redshifts fotométricos, as massas estelares e, por fim, a Função de Massa Estelar (SMF) para ∼ 20.000 galáxias pertencentes ao catálogo ZFOURGE (FourStar Galaxy Evolution Survey), nos campos do CDFS, UDS e COSMOS, entre redshifts (z) de 0,5 e 3,0. Os z fotométricos formam estimados utilizando os códigos EAZY e estes possuem um σNMAD de 1,5%, 1,7% e 2,1% (para os campos do CDFS, COSMOS e UDS, respectivamente), obtidos ao compararmos os resultados com os seus z espectroscópicos disponíveis. As massas estelares foram estimadas utilizando o código MAGPHYS e estão de acordo com as massas estimadas pelos autores do catálogo ZFOURGE. Nós constamos que a evolução SMF ocorre de forma moderada com o passar do tempo cósmico, com um aumento de ∆SMF ∼ 1, 5 dex, indicando um aumento na densidade espacial de galáxias por Mpc3 até z de 0,5. Além disso, a SMF estimada apresenta o declive exponencial no regime de altas massas (M∗ > 1010M⊙) e um comportamento diferenciado para galáxias em regimes com massas menores - composto predominantemente por galáxias espirais, onde são verificados dois picos distintos e um achatamento da SMF com a diminuição de z. Essa diferença pode estar associada à dificuldade observacional de amostrarmos galáxias menos massivas em alto z. Assim, uma melhor análise da SMF ao longo da história do Universo se tornará mais precisa em estudos futuros utilizando telescópios como o James Webb Space Telescope (JWST).

Understanding how galaxies are formed and how they evolve in different epocs of the Universe has been one of the main goals in extragalactic astronomy. When we study the Universe in several redshifts (z), we find that the percentage of galaxy population changes with cosmic time and their physical parameters, such as stellar mass, metalicity and star formation rate, they also change significantly with z. In this study, we aim to review the literature about the formation of galaxies, through the gravitational instability theory, and their evolution up to the present Universe. We also estimate the photometric redshift, stellar masses and the Stellar Mass Function (SMF) of ∼ 20, 000 galaxies of the FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE) in the fields of CDFS, COSMOS and UDS. The photometric redshifts were obtained with the EAZY code. We find that our computed redshifts are in agreement with the galaxies spectroscopic redshifts that are available for our sample, with a σNMAD of 1.5%, 1.7% and 2,1% in the fields of CDFS, COSMOS and UDS, respectively. The stellar masses were obtained using the MAGPHYS code and they are in agreement with the masses estimated by the authors of the ZFOURGE catalogue. We find that the evolution of the stellar mass function is moderate over cosmic time and with an increase of ∼ 1.5 dex, showing an increase in the number density of galaxies until redshifts of 0.5. We also find that the SMF shows the exponential cut off for masses higher than 1010M⊙ and a changing in behavior for lower masses. The lower mass end is composed mainly by spiral galaxies, where we can verify in the SMF two distinct maxima and a flattening for lower z. These differences in behavior of the SMF could be associated with the difficulties of sampling faint galaxies in higher z. The comprehension of the SMF evolution over cosmic time will be achieved by future studies with modern telescopes, like the James Webb Space Telescope (JWST).