Sobre la inusual detección de átomos neutros de hierro en sistemas de absorción a zabs~0,3-1,8

Abstract

Para probar las teorías de formación y evolución de galaxias, es muy importante caracterizar en gran escala el gas que las circunda y poder acotar sus propiedades. Los sistemas de absorción de Mg II generalmente son usados para sondear el Medio Circumgaláctico (MCG) alrededor de las galaxias y proveen pistas sobre la naturaleza de dicho gas. Las líneas de transición asociadas con gas más difuso, que corresponde a material altamente ionizado, están normalmente incorporadas en los análisis. Pero para entender la compleja estruc- tura del MCG, es también necesario considerar el análisis de elementos con transiciones de baja ionización. Sin embargo, existen pocas detecciones de átomos neutrales o de moléculas en sistemas de absorción en la línea de visión de cuasares (QSO) en relación con el gran número de sistemas de absorción detectados (Noterdaeme et al. 2018). Debido a su bajo potencial de ionización, general- mente los átomos se encuentran ionizados en este medio. La energía de ionización (EI) necesaria para ionizar la mayoría de los elementos neutros está en el rango 4 eV <EI <18 eV. Algunas detec- ciones de transiciones de líneas de átomos neutrales y moléculas en el MCG han sido reportadas, en particular, la primera detección de un sistema con Fe I (D Odorico 2007), que necesita ser estudiado y entendido. Motivados por esta detección, en este trabajo se utiliza una muestra de sistemas de absorción con Fe I, para determinar sus propiedades, estimar cuán comunes son y entender su importancia. Para detectar estos sistemas, se usaron datos públicos de 343 cuasares del archivo del espectrógrafo ESO/UVES, considerando observaciones que se extienden desde el año 2001 hasta julio del 2010. Los datos fueron reducidos, combinados y normalizados con el objetivo de buscar líneas de absor- ción de Mg II, búsqueda que condujo a una muestra de 866 absorbentes de Mg II presentes en 256 de los QSO, a partir de la cual se seleccionan 10 sistemas -que han sido puestos a disposición de este estudio- donde la absorción de Fe I ocurre al mismo redshift de la línea de absorción del Mg II (C. Ledoux, comunicación privada). En este trabajo se investiga la muestra de 10 sistemas de Fe I, se realiza una re-normalización localizada para medir la densidad de columna del Fe I y para detectar absorciones de otros ele- mentos neutrales y medir también sus densidades de columna. La densidad de columna se mide ajustando un perfil de Voigt usando la herramienta fit/lyman del sistema ESO/MIDAS. Se detec- tan absorciones debidas a Si I, Ca I, C I y otros elementos neutrales. Se buscaron también distintas transiciones de las moléculas de CO, CH y CN, pero ninguna de ellas fue detectada dentro del rango de UVES, así que solamente se proveen los límites superiores para la densidad de columna. Se mide la densidad de columna (N) de Fe I, de H I (cuando la absorción está dentro del rango de UVES) y de los otros elementos neutrales encontrados en cada absorbente. Tres de los sistemas son DLA (Damped Lyman α system, sistemas de absorción con N(HI) > 1020,3cm−2) y dos de ellos son sub-DLA (sistemas de absorción con 1019cm−2 < N(HI) < 1020,3cm−2). Se calcula la razón [Cr/Zn] para tres de los sistemas y se encuentran valores de -0.12 dex, -0.18 dex y -2.26 dex. El tercer valor es muy bajo, lo que indica una alta proporción de polvo en relación al gas. Usando la herramienta CLOUDY, un código diseñado para simular distintas condiciones sobre la materia interestelar, se prueban distintos modelos de fotoionización, bajo distintas condiciones, considerando la nube como una sola componente homogénea de gas, pero no se reproduce la razón observada de Fe I/Fe II. Luego se considera que el gas está en un estado de multi-fases, es decir, donde conviven ambientes con distintos niveles de ionización y distintas propiedades físicas. En este último escenario, la razón Mg I/Mg II es del orden de las mediciones, pero Fe I/Fe II sigue sin a los valores observados. Por lo tanto, se hace necesario un estudio más amplio y profundo sobre los modelos de multi-fases que pueden dar lugar a la presencia de elementos neutrales. Finalmente se determinó dN/dz, la densidad numérica por redshift, de la muestra de Fe I, que corresponde al número de estos absorbentes por unidad de redshift. Se calculó dN/dz=0.056 que es un orden de magnitud más bajo que en otros absorbentes de Mg II, lo que confirma la baja probabilidad de detectar sistemas con elementos neutrales, en comparación a otros sistemas de absorción. Se concluye que el gas circundante de una galaxia no debe ser modelado como una nube ho- mogénea, con un estado de ionización definido, sino como un medio multi-fases, debido a que la presencia de fuentes ionizantes ionizan la mayoría del gas, mientras que otros sectores se escudan de los fotones ionizantes (probablemente por la presencia de polvo), permitiendo que dentro se conserven especies neutrales.