Jenny Gonzalez, PhD done!

Stellar halos —the faint envelopes of stars surrounding galaxies— are true cosmic archives. They preserve chemical and dynamical signatures that reveal how each galaxy formed and evolved. However, studying them beyond the Milky Way is challenging due to their extremely low surface brightness.

In this research, we used the CIELO cosmological zoom-in simulations to explore how stellar halos assemble across a wide range of galaxy masses. We analyzed their chemical abundances, their assembly histories, and the relationship between stellar halo mass and metallicity (MZhR), even at early cosmic times (more than 12 billion years ago).

Our results show that stellar halos are built mainly from accreted material —stars that once belonged to smaller satellite galaxies. The outer regions tend to be older and richer in α-elements, while the inner parts contain slightly younger populations. The most massive halos typically require about six satellites to assemble 90% of their mass, whereas low-mass halos form from only two or three.

The stellar halo mass–metallicity relation is already in place at high redshift and evolves only mildly, increasing its metallicity as galaxies progressively accrete more enriched material. This pattern reflects an orderly and gradual growth of galactic structure over cosmic time.

Together, these findings provide a new window into reconstructing the merger histories of galaxies through the chemical composition of their stellar halos — the most ancient witnesses of their cosmic past.

Los halos estelares —esas tenues envolturas de estrellas que rodean a las galaxias— son verdaderos archivos cósmicos. En ellos se conservan huellas químicas y dinámicas que revelan cómo se formó y evolucionó cada galaxia. Sin embargo, su estudio más allá de la Vía Láctea es difícil debido a su bajo brillo superficial.

En esta investigación, usamos las simulaciones cosmológicas CIELO, de tipo zoom-in, para explorar cómo se ensamblan los halos estelares de galaxias en un amplio rango de masas. Analizamos sus abundancias químicas, su historia de formación y la relación entre la masa y la metalicidad del halo estelar (MZhR), incluso en épocas tempranas del Universo (hasta hace más de 12 mil millones de años).

Los resultados muestran que los halos estelares están formados principalmente por material acretado, es decir, estrellas que alguna vez pertenecieron a galaxias satélite más pequeñas. Las regiones externas son más antiguas y ricas en elementos alfa, mientras que las internas contienen poblaciones algo más jóvenes. Los halos más masivos requieren en promedio seis satélites para formar la mayor parte de su masa, mientras que los más livianos sólo necesitan unos dos o tres.

La relación entre masa y metalicidad de los halos estelares se mantiene desde altos corrimientos al rojo hasta la actualidad, aumentando su metalicidad a medida que las galaxias incorporan material más enriquecido. Este patrón refleja un crecimiento ordenado y progresivo del Universo galáctico.

En conjunto, estos resultados ofrecen una nueva ventana para reconstruir la historia de fusiones de las galaxias a partir de la composición química de sus halos estelares —los vestigios más antiguos de su pasado cósmico.