Fitting Analysis using Differential Evolution Optimization (FADO): Spectral population synthesis through genetic optimization under self-consistency boundary conditions

The goal of population spectral synthesis (PSS) is to decipher from the spectrum of a galaxy the mass, age and metallicity of its constituent stellar populations. This technique has been established as a fundamental tool in extragalactic research. It has been extensively applied to large spectroscopic data sets, notably the SDSS, leading to important insights into the galaxy assembly history. However, despite significant improvements over the past decade, all current PSS codes suffer from two major deficiencies that inhibit us from gaining sharp insights into the star-formation history (SFH) of galaxies and potentially introduce substantial biases in studies of their physical properties (e.g., stellar mass, mass-weighted stellar age and specific star formation rate). These are i) the neglect of nebular emission in spectral fits, consequently, ii) the lack of a mechanism that ensures consistency between the best-fitting SFH and the observed nebular emission characteristics of a star-forming (SF) galaxy. In this article, we present FADO (Fitting Analysis using Differential evolution Optimization): a conceptually novel, publicly available PSS tool with the distinctive capability of permitting identification of the SFH that reproduces the observed nebular characteristics of a SF galaxy. This so-far unique self-consistency concept allows us to significantly alleviate degeneracies in current spectral synthesis. The innovative character of FADO is further augmented by its mathematical foundation: FADO is the first PSS code employing genetic differential evolution optimization. This, in conjunction with other unique elements in its mathematical concept (e.g., optimization of the spectral library using artificial intelligence, convergence test, quasi-parallelization) results in key improvements with respect to computational efficiency and uniqueness of the best-fitting SFHs.Comment: 25 pages, 12 figures, A&A accepte

Impact of an AGN featureless continuum on estimation of stellar population properties

The effect of the featureless power-law (PL) continuum of an active galactic nucleus (AGN) on the estimation of physical properties of galaxies with optical population spectral synthesis (PSS) remains largely unknown. With this in mind, we fit synthetic galaxy spectra representing a wide range of galaxy star formation histories (SFHs) and including distinct PL contributions of the form $F_{\nu} \propto \nu^{-\alpha}$ with the PSS code STARLIGHT to study to which extent various inferred quantities (e.g. stellar mass, mean age, and mean metallicity) match the input. The synthetic spectral energy distributions (SEDs) computed with our evolutionary spectral synthesis code include an AGN PL component with $0.5 \leq \alpha \leq 2$ and a fractional contribution $0.2 \leq x_{\mathrm{AGN}} \leq 0.8$ to the monochromatic flux at 4020 \AA. At the empirical AGN detection threshold $x_{\mathrm{AGN}}\simeq 0.26$ that we previously inferred in a pilot study on this subject, our results show that the neglect of a PL component in spectral fitting can lead to an overestimation by $\sim$2 dex in stellar mass and by up to $\sim$1 and $\sim$4 dex in the light- and mass-weighted mean stellar age, respectively, whereas the light- and mass-weighted mean stellar metallicity are underestimated by up to $\sim$0.3 and $\sim$0.6 dex, respectively. Other fitting set-ups including either a single PL or multiple PLs in the base reveal, on average, much lower unsystematic uncertainties of the order of those typically found when fitting purely stellar SEDs with stellar templates, however, reaching locally up to $\sim$1, 3 and 0.4 dex in mass, age and metallicity, respectively. Our results underscore the importance of an accurate modelling of the AGN spectral contribution in PSS fits as a minimum requirement for the recovery of the physical and evolutionary properties of stellar populations in active galaxies.Comment: 18 pages, 22 figures, accepted for publication in A&

Conservation laws arising in the study of forward-forward Mean-Field Games

We consider forward-forward Mean Field Game (MFG) models that arise in numerical approximations of stationary MFGs. First, we establish a link between these models and a class of hyperbolic conservation laws as well as certain nonlinear wave equations. Second, we investigate existence and long-time behavior of solutions for such models

Indications of the invalidity of the exponentiality of the disk within bulges of spiral galaxies

(abridged) A fundamental subject in Extragalactic Astronomy concerns the formation and evolution of late-type galaxies (LTGs). The standard scenario comprises the early assembly of the bulge followed by disk accretion. However, recent observational evidence points to a joint formation and perpetual co-evolution of these structural components. Our current knowledge on the properties of bulge and disk is mostly founded on photometric decomposition studies, which sensitively depend on the adopted methodology and enclosed assumptions on the structure of LTGs. A critical assumption whose validity was never questioned is that galactic disks conserve their exponential nature up to the galactic center. This implies that bulge and disk co-exist without significant dynamical interaction and mass exchange over nearly the entire Hubble time. Our goal is to examine the validity of the standard assumption that galactic disks preserve their exponential intensity profile inside the bulge radius all the way to the galactic center. We developed a spectrophotometric bulge-disk decomposition technique that provides an estimation for the net spectrum of the bulge. A systematic application of our spectrophotometric bulge-disk decomposition tool to a representative sample of 135 local LTGs from the CALIFA Survey yields a significant fraction (up to ~30%) of unphysical net-bulge spectra when a purely exponential intensity profile is assumed for the disk. The obtained results suggest that, for a significant fraction of LTGs, the disk component shows a down-bending beneath the bulge. If proven to be true, such result will call for a substantial revision of structural decomposition studies for LTGs and have far-reaching implications in our understanding of the photometric properties of their bulges.Comment: 13 pages, 7 figures, accepted for publication in A&

Síntese espectral de galáxias: modelos de populações estelares simples e compostas, ajustes, calibrações e aplicações

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2009.A síntese espectral decompõe misturas de contribuições estelares em galáxias. Nosso grupo, SEAGal (Semi Empirical Analysis of Galaxies), derivou a história de formação estelar de todas as galáxias da Sloan Digital Sky Survey (SDSS) com o código STARLIGHT, obtendo vários resultados de interesse astrofísico. Os resultados se apoiam fortemente em modelos de síntese evolutiva com alta resolução espectral. Para testar esta dependência com os modelos, rodamos o STARLIGHT em amostras de star-forming e galáxias passivas da SDSS usando diferentes conjuntos de modelos, explorando-os usando Padova 1994 e caminhos evolutivos modificados de Padova com diferentes receitas para a fase do ramo assintótico das gigantes, como também diferentes bibliotecas estelares (STELIB versus MILES + Granada). Comparamos propriedades derivadas como idade média, metalicidade média, extinção, histórias de formação estelar e evolução química. Distintos caminhos evolutivos usados levam aos mesmos resultados, pelo menos ao utilizarmos o espectro na região do óptico. Bibliotecas estelares, por outro lado, possuem um impacto maior. Novos modelos produzem melhores ajustes quantificados e eliminam algumas patologias (como combinações suspeitas de elementos da base, resíduos espectrais sistemáticos em algumas janelas, e, por vezes, extinções negativas) dos ajustes derivados com modelos baseados no STELIB. Além de diferenças em modelos de populações estelares, temos outras fontes de erros. A SDSS possui diferentes liberações de dados calibradas distintamente, tendo como resultado variações nos produtos da síntese. Investigaremos as modificações dos espectros, bem como as idades e metalicidades médias e as histórias de formação estelar da síntese para o Data Release 7 (DR7) em comparação com o Data Release 5(DR5). Por último, testaremos a aproximação das histórias de formação estelar por bursts instantâneos pelo nosso método. Usaremos modelos de populações estelares compostas e contínuas (CSP) com uma única metalicidade e taxa de formação estelar y(t0) = t..1e..t0=t , onde observaremos galáxias que começaram a formar estrelas a 1, 5 e 13 Ga atrás e escalas de tempo para formação estelar y, escolhidas para ser 1, 5, 10 e 99 Ga. Quando t for pequeno em comparação à idade da galáxia, temos um burst elo 10 vezes, com distintas relações sinal/ruído iguais a 10, 15 e 30 em 4020 Å. Estes foram inseridos em nosso código para verificar como bursts instantâneos lidam com modelos contínuos de populações estelares compostas de galáxias. Nossos modelos de CSP podem ser facilmente integrados analiticamente e/ou numericamente. Então, derivamos teoreticamente a fração de massa estelar cumulativa h(t), a fim destas serem facilmente comparáveis com medidas diretas da síntese com o STARLIGHT. A função h(t) pode ser muito bem reproduzida para galáxias com 1 e 13 Ga, porém galáxias com idades intermediárias (5 Ga) sofrem desvios mais altos em comparação com as curvas reais. Comparamos os valores da idade média e metalicidade média teóricas pesadas pela luz e massa com os valores da síntese. Após estes testes, realizamos uma aplicação com o DR7, revisando o trabalho de Stasi´nska et al. (2008), onde algumas galáxias classificadas como AGNs, de acordo com o diagrama clássico de diagnóstico ([O III]l5007/Hb, [N II]l6584/Ha), são na realidade ionizadas por populações estelares velhas, que imitam a presença de uma fonte de ionização não estelar, atribuída, em geral, para estes sistemas. Nosso argumento é baseado na relação entre luminosidade em Ha observada e luminosidade esperada para populações estelares velhas. As galáxias que satisfazem estas propriedades são consideradas galáxias aposentadas. Estes resultados mostram que muitos dos trabalhos referentes à atividades nucleares em galáxias têm que ser revisados.Spectral synthesis decompose mixtures of stellar contributions in galaxies. Our group, the SEAGal (Semi Empirical Analysis of Galaxies), has derived the star formation history of all galaxies in the SDSS with the STARLIGHT code, obtaining various results of astrophysical interest. The results rely heavily on high spectral resolution evolutionary synthesis models. To test this model dependence we run STARLIGHT on samples of star-forming and passive galaxies from the SDSS using different sets of models. We explore models using "Padova 1994"and modified "Padova"evolutionary tracks with a different receipt for the asymptotic giant branch phase, as well as different stellar libraries (STELIB versus MILES + Granada). We then compare derived properties such as mean age, mean metallicity, extinction, star-formation and chemical histories. Despite a broad brush agreement, systematic differences emerge from this comparison. The different evolutionary tracks used lead to essentially the same results, at least insofar as optical spectra are concerned. Different stellar libraries, on the other hand, have a much bigger impact. The newer models produce quantifiably better fits and eliminate some pathologies (like suspicious combinations of base elements, systematical spectral residuals in some windows, and, sometimes, negative extinction) of fits derived with STELIB-based models. Besides differences in simple stellar population models, we have other sources of errors. The SDSS has several different data realeases that have been calibrated distinctly, therefore the products can suffer variatons. We investigate the modifications of the spectra, mean stellar age and mean stellar metallicity and star formation histories for Data Release 7 (DR7) with respect to Data Release 5(DR5). Last but not least, we test the approximation of the star formation histories by single bursts done by our method. We have decided to use continuous composite stellar models (CSP) with a single metallicity with the star formation rate y(t) = t..1e..t=t , where t stands for the time that we are observing the model (1, 5 and 13 Gyr) and t is the time scale for the star formation rate y, chosen to be 1, 5, 10 and 99 Gyr. When the attenuation with respect to the time t that we are observing is very low, this mimics a single burst, and when we choose it to be very large (99 Gyr), this is roughly a constant star formation rate. We have perturbed each composite model spectrum 10 times with three distinct signal/noise ratios equal to 10, 15 and 30. These models were inserted into our code to verify how a picture of single bursts deal with continuous composite models of galaxies. Our CSP models can be easily integrated in an analytical form. So, we have derived theoretically the cumulative mass stellar fraction h(t), in order to be easily compared with the direct measurements from the STARLIGHT synthesis. The h(t) function may be reproduced very well for a given metallicity, if we have young and old CSP galaxies, but the intermediate models suffer higher deviations from the real curve. We also compare the input values of the mean stellar age and metallicity weighted by light and mass with the output derived by the synthesis. After these tests, we do some applications with the DR7, revising the work of Stasi ´nska et al. (2008), where some of the galaxies classified as AGN, accordingly to the classical diagnostic diagram ([O III]l5007/Hb, [N II]l6584/Ha), are in fact ionized by old stellar populations, which mimics the presence of a non-stellar ionization source, usually attributed to these systems. Our argument is based on the relation between observed and expected Ha luminosities, where we take the Ha luminosities from old populations only. The galaxies that match these properties are considered retired galaxies with the main source of ionization coming from old stellar populations. These achievements show that some of the work concerning nuclear activity in galaxies have to be revised

Cuidados Paliativos: O desafio do cuidado de idosos na terminalidade da vida

Population aging is one of the greatest challenges of contemporary society and public policy. This phenomenon is associated with a decline in physical abilities, related to new psychological and behavioral fragilities that demand different types of care. This article reviews the care, considering that the concepts have in their expressions. a series of philosophical aspects that must be discussed and that can contribute to a better understanding of the demands brought by the elderly in the terminality of their lives. Care requires a caring agent, who acts in the perspective of overcoming the technical issue because, as care only exists as an interaction, a coexistence, and a coexistence, it transcends the act of caring to become one caring attitude. It is necessary to identify and look for elements of caring behavior that include receptivity, reciprocity, connectivity, responsibility, and commitment. The care of the elderly in their health needs presents several challenges. Perhaps the greatest of them is located at the moment of the termination of their life, when it is there, existing, full of different and new needs, desires, dreams, and fears.O envelhecimento populacional é um dos maiores desafios da sociedade contemporânea e das políticas públicas. Este fenômeno está associado a um declínio das capacidades físicas, relacionado a novas fragilidades psicológicas e comportamentais, que demandam diferentes tipos de cuidado. Este artigo faz uma revisão sobre o cuidado, considerando que os conceitos têm em suas expressões uma série de aspectos filosóficos que devem ser discutidos e que podem contribuir para uma melhor compreensão das demandas trazidas por idosos na terminalidade de suas vidas. O cuidado necessita de um agente cuidador, que age na perspectiva de ultrapassar a questão técnica pois, como o cuidado só existe como uma inter-ação, uma co-existência e uma con-vivência, ele transcende o ato de cuidar para se tornar uma atitude de cuidar. É preciso identificar e buscar elementos no comportamento de cuidar que incluem receptividade, reciprocidade, conectividade, responsabilidade e compromisso. O cuidado do idoso nas suas necessidades por saúde apresenta diversos desafios. Talvez o maior deles esteja localizado no momento da terminalidade de sua vida, quando ele está ali, existindo, cheio de diferentes e novas necessidades, desejos, sonhos e medos

Análise qualitativa das práticas de cooperação em uma associação agrícola de produtos orgânicos na percepção dos associados.

As práticas de cooperação têm recebido cada vez mais atenção por parte daqueles que deixam de atuar de forma isolada e, em vez disso, se unem com o intuito de produzir resultados melhores para o bem-estar da coletividade, nos quais os aspectos econômicos, sociais, culturais e ambientais são condições necessárias para se alcançar estes resultados. Este artigo aborda as práticas de cooperação, na percepção dos associados em uma associação agrícola de produtos orgânicos. Os resultados deste estudo têm um caráter qualitativo e a metodologia aplicada foi fundamentada nas pesquisas descritiva e exploratória, cujo método usado foi um estudo de caso, através do qual foi possível levantar informações sobre o tema em questão. A conclusão indica que, o desempenho da associação agrícola é satisfatório, e que há o desenvolvimento de práticas de cooperação entre seus membros, que vão desde a cooperação na produção coletiva, até a construção de espaços de ajuda mútua, de trocas, compartilhamento de esforços, informações e recursos