Gas-phase metallicity in Seyfert galaxies

Abstract

The chemical properties of stars and gas within a galaxy provide both a fossil footprint of its star formation history and pieces of information on its present-day evolutionary status. I present a comprehensive study of the chemical abundances in Seyfert galaxies, based on a series of investigations utilizing optical, infrared, and X-ray data. As a starting point, we focused on the determination of neon abundances in a sample of 35 Seyfert galaxies. Using a combination of optical and infrared data, we derived neon abundances using both direct temperature (Te-method) and strong-line methods. We found that the Te-method tends to underestimate neon abundances, particularly in high-metallicity objects, highlighting the need for accurate chemical abundance determinations in AGNs. Additionally, we study the X-ray luminosity and the narrow-line region (NLR) metallicity relation (LX-ZNLR) for the first time in Seyfert galaxies. In contrast to the broad-line region (BLR) focused (LX-ZBLR) studies, we find that the LX-ZNLR exhibit significant anti-correlations with the Eddington ratio (λEdd) and these correlations vary with redshifts. This result indicates that the low-luminous AGNs are more actively undergoing interstellar medium (ISM) enrichment through star formation in comparison with the more luminous X-ray sources. Our results suggest that the AGN is somehow driving the chemical enrichment of galaxies as a result of the inflow of pristine gas that is diluting the metal-rich gas, together with a recent cessation of circumnuclear star formation. In recent years, new findings based on extensive spectroscopic and imaging surveys have greatly enhanced our understanding of the structure, composition, and evolution of galaxies. The nature of ionized gas, its ionization mechanisms, its relations to stellar properties and chemical composition, the existence of scaling relations that characterize the cycle between stars and gas, and the accompanying evolution makeups have all been extensively researched and described. More recently, the development of new methods, particularly integral field spectroscopy, and their application to extensive galaxy surveys have compelled us to re-interpret many of those results from a spatially resolved standpoint. In furtherance to the current study, we present a study of the spatially resolved metallicities in a sample of 15 nearby Seyfert galaxies from volume-complete observations, which add to the past and current efforts to compile and summarize the paradigm shift in how galaxies are understood to have evolved. Utilizing integral field spectroscopy, we mapped the distribution of oxygen abundance within the NLRs of these galaxies. We found positive metallicity gradients in most Seyfert galaxies, indicating that the outskirts are more metal-rich than the central regions. Overall, our studies provide valuable insights into the chemical content of Seyfert galaxies, highlighting the importance of accurate abundance determinations, the relationship between metallicity and AGN luminosity, and the spatially resolved distribution of metals. Our findings contribute to a better understanding of the interplay between AGN activity and the chemical evolution of galaxies.

As propriedades químicas das estrelas e do gás dentro de uma galáxia fornecem tanto um registro fóssil de sua história de formação estelar quanto informações sobre seu estado evolutivo atual. Apresento um estudo abrangente das abundâncias químicas em galáxias Seyfert, baseado em uma série de investigações utilizando dados ópticos, infravermelhos e de raios-X. Como ponto de partida, focamos na determinação das abundâncias de neônio em uma amostra de 35 galáxias Seyfert. Usando uma combinação de dados ópticos e infravermelhos, derivamos as abundâncias de neônio usando os métodos de temperatura direta (Te-método) e de linhas fortes. Descobrimos que o método Te tende a subestimar as abundâncias de neônio, particularmente em objetos de alta metalicidade, o que destaca a necessidade de determinações precisas de abundâncias químicas em AGNs. Além disso, estudamos a relação entre a luminosidade de raios-X e a metalicidade da região de linhas estreitas (NLR) (LX-ZNLR) pela primeira vez em galáxias Seyfert. Em contraste com os estudos focados na região de linhas largas (BLR) (LX-ZBLR), descobrimos que LX-ZNLR exibe anti-correlações significativas com a razão de Eddington (λEdd) e essas correlações variam com os redshifts. Este resultado indica que os AGNs de baixa luminosidade estão passando por um enriquecimento do meio interestelar (ISM) mais ativo através da formação de estrelas em comparação com as fontes de raios-X mais luminosas. Nossos resultados sugerem que o AGN está de alguma forma impulsionando o enriquecimento químico das galáxias como resultado do influxo de gás primordial que está diluindo o gás rico em metais, juntamente com uma cessação recente da formação de estrelas circumnucleares. Nos últimos anos, novas descobertas baseadas em extensos levantamentos espectroscópicos e de imagem aumentaram muito nossa compreensão da estrutura, composição e evolução das galáxias. A natureza do gás ionizado, seus mecanismos de ionização, suas relações com as propriedades estelares e composição química, a existência de relações de escala que caracterizam o ciclo entre estrelas e gás, e as composições evolutivas que o acompanham foram todas extensivamente pesquisadas e descritas. Mais recentemente, o desenvolvimento de novos métodos, particularmente a espectroscopia de campo integral, e sua aplicação a extensos levantamentos de galáxias nos compeliu a reinterpretar muitos desses resultados de um ponto de vista espacialmente resolvido. Em continuação ao estudo atual, apresentamos um estudo das metalicidades espacialmente resolvidas em uma amostra de 15 galáxias Seyfert próximas de observações completas em volume, que se somam aos esforços passados e atuais para compilar e resumir a mudança de paradigma em como as galáxias são entendidas como tendo evoluído. Utilizando espectroscopia de campo integral, mapeamos a distribuição da abundância de oxigênio dentro das regiões de linhas estreitas dessas galáxias. Encontramos gradientes de metalicidade positivos na maioria das galáxias Seyfert, indicando que as áreas externas são mais ricas em metais do que as regiões centrais. No geral, nossos estudos fornecem informações valiosas sobre o conteúdo químico das galáxias Seyfert, destacando a importância das determinações precisas de abundância, a relação entre metalicidade e luminosidade do AGN e a distribuição espacialmente resolvida de metais. Nossas descobertas contribuem para uma melhor compreensão da interação entre a atividade do AGN e a evolução química das galáxias.