Eficiencia de los diagramas de diagnóstico de Baldwin, Phillips y Terlevich para la identificación de AGNs

Abstract

El objetivo principal de este TFG es el estudio de la completitud de los diagramas de Baldwin, Phillips y Terlevich (BPT) y la variante de Veilleux y Osterbrock (V08) para la identificación de Núcleos Activos de Galaxias (AGN). Estos diagramas son una herramienta fundamental que permite distinguir entre galaxias dominadas por formación estelar y AGNs mediante cocientes de flujos de las lineas de emisión estrecha: [OIII]λ5007, Hβ5861, [NII]λ6585 o [SII]λ6718 y Hα6563. Para este fin, se definió una muestra de partida de 258 AGN detectados en rayos X mediante el observatorio de la Agencia Espacial Europea XMM-Newton. Para todos los objetos se dispone de una clasificación espectroscópica en tipos (AGN tipo 1 y AGN tipo 2) y subtipos (1.0, 1.2, 1.5 y 1.8-1.9), distancias (en unidades de desplazamiento al rojo, z), flujos a 5100˚A en el sistema en reposo de los AGN y sus galaxias huésped y medidas de la extinción de la emisión nuclear de los AGNs. De esta muestra de partida se seleccionaron 164 AGNs con z<0.75 para tener una muestra de trabajo con una clasificación uniforme y casi completa. Tras esto se realizó un preanálisis con el propósito de eliminar aquellos AGNs cuyas líneas de emisión o bien estaban fuera del alcance de los instrumentos usados o no se podían detectar. Esto incluyó observaciones visuales de los espectros y análisis de la muestra de trabajo en Python. El proceso dio resultado a dos submuestras: una de 119 AGNs para el diagrama BPT y otra de 109 AGNs para el diagrama V08. Se evaluó la completitud de ambas submuestras comprobando cuántos de nuestros AGNs se encontraban en las regiones que estos diagramas emplean para clasificarlos como tales. Además, se analizaron las diferencias en la distribución de los AGNs según su clasificación espectroscópica y para ello se utilizó el test de Kolmogorov-Smirnov (K-S), que nos da la significancia de que las distribuciones sean diferentes. También se evaluó el efecto de la luminosidad del AGN, de la galaxia y del cociente entre ambas en la posición de los AGNs. Se ha observado que los objetos eliminados tras el preanálisis son mayormente 1.0, debido a la mayor intensidad de las líneas anchas de Hα y AGN tipo 2, debido a la dilución de la galaxia. Para las submuestras usadas en los diagramas BPT y V08, se concluyó que el diagrama BPT tiene una completitud del 88.24% en la identificación de AGNs de manera restrictiva, mientras que el diagrama V08 tiene un 77.07 %. El test K-S mostró diferencias significativas entre las distribuciones de los grupos que se formaron ente 1.0 y 1.5 comparado con 1.8-1.9 y 2.0 con un p-value de 0.04 y 0.002 para BPT y V08, respectivamente. Además, se encontró que la luminosidad del AGN y de la galaxia no afectan significativamente la completitud ni la posición de los objetos en los diagramas, aunque el cociente entre LAGN/Lgal, podría influir en la posición de los AGNs, provocando que los cocientes de flujos se asemejen a los de galaxias con formación estelar y cambiando su posición en el diagrama BPT.

The main objective of this TFG is to study the completeness of the Baldwin, Phillips, and Terlevich (BPT) diagrams and the Veilleux and Osterbrock variant (V08) for the identification of Active Galactic Nuclei (AGN). These diagrams are a fundamental tool that allows distinguishing between star-forming galaxies and AGNs using the ratios of narrow emission lines: [OIII]λ5007, Hβ4861, [NII]λ6585, or [SII]λ6718, and Hα6563. To this end, a starting sample of 258 AGNs detected in X-rays by the European Space Agency’s XMM-Newton observatory was defined. For all objects, there is a spectroscopic classification into types (AGN type 1 and AGN type 2) and subtypes (1.0, 1.2, 1.5, and 1.8-1.9), distances (in units of redshift, z), fluxes at 5100˚A in the rest frame of the AGNs and their host galaxies, and measurements of the extinction of the nuclear emission of the AGNs. From this initial sample, 164 AGNs with z<0.75 were selected to have a working sample with uniform and almost complete classification. After this, a pre-analysis was conducted to eliminate those AGNs whose emission lines were either out of the reach of the instruments used or could not be detected. This included visual observations of the spectra and analysis of the working sample in Python. The process resulted in two subsamples: one of 119 AGNs for the BPT diagram and another of 109 AGNs for the V08 diagram. The completeness of both subsamples was evaluated by checking how many of our AGNs were found in the regions these diagrams use to classify them as such. Additionally, differences in the distribution of AGNs according to spectroscopic classification were analyzed using the Kolmogorov-Smirnov (K-S) test, which gives us the significance that the distributions are different. The effect of the luminosity of the AGN, the galaxy, and the ratio between both on the position of the AGNs was also evaluated. It was observed that the objects eliminated after the pre-analysis were mostly type 1.0, due to the greater intensity of the broad Hα lines, and type 2, due to the dilution by the galaxy. For the subsamples used in the BPT and V08 diagrams, it was concluded that the BPT diagram has a completeness of 88.24% in the restrictive identification of AGNs, while the V08 diagram has 77.07 %. The K-S test showed significant differences between the distributions of the groups formed between 1.0 and 1.5 compared to 1.8-1.9 and 2.0, with a p-value of 0.04 and 0.002 for BPT and V08, respectively. Additionally, it was found that the luminosity of the AGN and the galaxy does not significantly affect the completeness or the position of the objects in the diagrams, although the ratio of LAGN/Lgal could influence the position of the AGNs, causing the flux ratios to resemble those of star-forming galaxies and changing their position in the BPT diagram.