A New Approach to Galaxy Structural Analysis with the Curvature of the Brightness Profile

Abstract

Neste trabalho introduzimos a curvatura do perfil de brilho de uma galáxia, como uma maneira não paramétrica para identificar suas componentes estruturais. Tais componentes como por exemplo, bojos, barras, discos, braços espirais, lentes, anéis, entre outras, são fundamentais para o entendimento do caminho formativo e evolutivo em que as galáxias se submeteram. Identificá-las é também crucial para a classificação morfológica de galáxias. Com essa nova medida, foram analisadas em detalhe a curvatura de 16 galáxias com variadas morfologias. Uma alta (baixa) taxa de variação do perfil de brilho mostra altos (baixos) valores absolutos de curvatura. Além disso, regiões de transição entre componentes mostram altos valores de curvatura. Com essa nova metodologia foram identificados padrões que caracterizam bojo (pseudo ou clássico), discos, barras e anéis. O procedimento de cálculo e análise poderá ser automatizado em breve para lidar com o processamento de uma grande quantidade de dados e identificar as componentes das respectivas galáxias de uma forma automática, ou fornecer um ponto inicial para tal análise onde se utilizam métodos tradicionais de modelagem da distribuição de luz de múltiplas componentes. Como complemento, ao que nos motivou a introdução da medida de curvatura, analisamos como é o comportamento de ajustes de Sérsic únicos (e.g. n) e do índice de concentração C para galáxias de múltiplas componentes. Foram obtido que tais galáxias possuem altos valores dessas medidas (C e n) e são comparáveis aos medidos em galáxias de componentes únicas, portanto levando a classificação errônea dessas galáxias.

In this work we introduce the curvature of a galaxy brightness profile to non-parametrically identify its structural subcomponents. Bulges, bars, disks, lens, rings, spiral arms and so on, are a key to understanding the formation and evolutionary paths the galaxy undertook. Their identification is also crucial for the morphological classification of galaxies. We measure and analyse in detail the curvature of 16 galaxies with varied morphology. High (low) steepness profiles show high (low) absolute curvature measures. Transitions between components present high values of the curvature. With this new tool we identify patterns that characterise bulges (pseudo or classic), disks, bars, rings, spiral arms. The procedure can be automated in a future study to deal with large datasets and identify galaxy components automatically, or to provide a reliable starting point for traditional multicomponent modelling of galaxy light distribution. For a complementary study, which leaded us to introduce the curvature, we investigate the behaviour of single- Sérsic fits (e.g. single Sérsic index n) is and concentration index C for multicomponent galaxies. We have obtained that these galaxies have systematically high values of n and $C$ comparable to the ones measured in single component galaxies, thus resulting in misclassification of them.