Euclid Quick Data Release (Q1). The average far-infrared properties of Euclid-selected star-forming galaxies

Resumen Técnico: Las propiedades promedio en el infrarrojo lejano de las galaxias formadoras de estrellas seleccionadas por Euclid

Problema y Motivación
La primera liberación rápida de datos (Q1) de la misión Euclid proporciona un conjunto de datos de óptica e infrarrojo cercano (NIR) sin precedentes, que contiene millones de galaxias con desplazamientos al rojo fotométricos robustos, masas estelares y tasas de formación estelar (SFR) derivadas del ajuste de la distribución espectral de energía (SED). Sin embargo, estas SFR derivadas de la óptica/NIR dependen de suposiciones sobre la atenuación por polvo y la población estelar subyacente. Para constreñir de forma independiente las propiedades promedio en el infrarrojo lejano (far-IR) de estas galaxias y verificar la consistencia de las estimaciones de SFR, este estudio investiga la emisión térmica de los granos de polvo. Si bien los análisis de apilamiento previos de datos de far-IR (por ejemplo, en los campos UDS, COSMOS o GAMA) se han visto limitados por áreas de cielo pequeñas o rangos de desplazamiento al rojo, el catálogo Euclid Q1 permite el apilamiento de millones de galaxias a través de decenas de grados cuadrados, permitiendo una caracterización estadísticamente robusta de la secuencia principal (MS) de las galaxias formadoras de estrellas hasta $z \approx 3$.

Metodología
Los autores utilizaron el catálogo de fusión Euclid Q1 (específicamente la muestra descrita por Euclid Collaboration: Enia et al. 2025), seleccionando galaxias formadoras de estrellas dentro del rango de desplazamiento al rojo $0.2 < z < 3.0$ y el rango de masa estelar $8.3 < \log_{10}(M_*/M_\odot) < 11.5$. La muestra fue contrastada con imágenes de far-IR existentes del Observatorio Espacial Herschel (PACS a 100/160 $\mu$m; SPIRE a 250/350/500 $\mu$m) y el instrumento SCUBA-2 (450/850 $\mu$m). El análisis cubrió un área total de solapamiento de 17.6 deg$^2$ para SPIRE y 2.4 deg$^2$ para SCUBA-2.

Para abordar la resolución angular gruesa de los instrumentos de far-IR (10–30 arcosegundos) en comparación con la resolución de Euclid (~0.2 arcosegundos), los autores emplearon un análisis de apilamiento utilizando el algoritmo SimStack. Este método resuelve simultáneamente la densidad de flujo promedio de múltiples contenedores (bins) definidos por la masa estelar y el desplazamiento al rojo. Las características metodológicas clave incluyeron:

• Implementación de SimStack: Resolución de un sistema lineal $y = S_1 X_1 + \dots + S_N X_N$ para determinar las amplitudes de apilamiento ($S_b$) para $N$ contenedores, contabilizando el agrupamiento (clustering) de galaxias y las correlaciones entre contenedores sin asumir una distribución de Poisson.
• Enmascaramiento (Masking): Enmascaramiento riguroso de regiones contaminadas por estrellas brillantes, efectos de borde y fuentes galácticas (por ejemplo, NGC 6543) para prevenir sesgos en el flujo apilado.
• Ajuste de SED: Las densidades de flujo apiladas fueron ajustadas con un modelo de cuerpo negro modificado que transiciona a una ley de potencia en altas frecuencias. El índice de emisividad del polvo ($\beta$) y la pendiente de la ley de potencia ($\alpha$) se fijaron a valores derivados de galaxias locales seleccionadas en far-IR ($\beta=1.96, \alpha=2.3$) debido a las limitadas restricciones fotométricas.
• Derivación de Parámetros: A partir de los mejores ajustes de las SED, los autores derivaron temperaturas de polvo medias ($T_d$), masas de polvo ($M_d$) y SFRs derivadas de far-IR.

Resultos Clave

1. Consistencia de la SFR: Las SFR derivadas de far-IR muestran una buena concordancia con las SFR predichas por la secuencia principal (MS) de formación estelar derivada de la fotometría óptica/NIR, con una razón media ponderada de 1.0.
2. Evolución de la Temperatura del Polvo: La temperatura promedio del polvo ($T_d$) disminuye con el tiempo cósmico (aumentando el desplazamiento al rojo). La evolución es bien descrita por la función $T_d(t) = T_2 + (T_1 - T_2)e^{-t/\tau}$, donde $T_1 = 79.7 \pm 7.4$ K (extrapolado a $t=0$), $T_2 = 23.2 \pm 0.1$ K (valor asintótico), y $\tau = 1.6 \pm 0.1$ Gyr.
   • Crucialmente, $T_d$ es independiente de la masa estelar en todos los contenedores estudiados.
   • La convergencia hacia un valor no nulo ($T_2 \approx 23$ K) por debajo de $z=1$ sugiere que el polvo en las galaxias de la MS es calentado cada vez más por la población estelar existente, más fría y antigua, en lugar de únicamente por estrellas jóvenes y calientes en regiones de formación estelar.
3. Masa de Polvo y Razones: Las masas de polvo ($M_d$) y las razones de polvo a masa estelar ($M_d/M_*$) aumentan desde $z=0.2$ hasta $z \approx 1$, tras lo cual se estabilizan o declinan. La razón de polvo a masa estelar disminuye con el aumento de la masa estelar en todos los desplazamientos al rojo, lo cual se atribuye a las menores SFRs específicas (sSFRs) en galaxias más masivas.
4. Fondo Cósmico de Infrarrojo (CIB): El catálogo Euclid Q1 resuelve más del 60% del CIB a 250, 350 y 500 $\mu$m. A 100 $\mu$m, la fracción resuelta se estima entre 30–80%, mientras que a 850 $\mu$m es de 30–40%.
5. Comparación con Simulaciones: Al compararse con el catálogo simulado MAMBO (basado en la Simulación de Millennium y el Generador Empírico de Galaxias), las masas de polvo y las SFR simuladas concuerdan razonablemente bien. Sin embargo, la simulación predice una disminución monotónica de la temperatura del polvo con el tiempo, fallando en reproducir el plateau observado a bajos desplazamientos al rojo ($z < 1$).

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma que este estudio representa el mayor análisis de apilamiento de su tipo hasta la fecha, aprovechando la profundidad y el área únicas de la liberación Euclid Q1. La principal significancia radica en el descubrimiento de que la temperatura promedio del polvo de las galaxias formadoras de estrellas converge a un valor constante a bajos desplazamientos al rojo, independientemente de la masa estelar. Este hallazgo desafía los modelos donde la temperatura del polvo es estrictamente proporcional a la SFR o sSFR, sugiriendo una transición en el mecanismo de calentamiento del polvo, de estrellas jóvenes y masivas al campo de radiación estelar general de poblaciones estelares más antiguas a medida que el universo envejece.

Además, los autores demuestran que la correlación entre la temperatura del polvo y la SFR está mediada por la masa estelar, dado que la propia $T_d$ es independiente de la masa. Los resultados también proporcionan un punto de referencia para futuras liberaciones de datos de Euclid, indicando que se requerirá de imágenes más profundas para resolver completamente el CIB y sondear las propiedades de far-IR de las galaxias a desplazamientos al rojo más altos ($z > 1.5$) y masas estelares menores. El estudio concluye que, si bien los datos actuales de Q1 no resuelven la totalidad del CIB, sí explican la mayor parte del fondo en las longitudes de onda de SPIRE, validando el potencial de Euclid para mapear la historia térmica de la población formadora de estrellas del universo.