ESTRUCTURA Y DINAMICA DE LAS REGIONES CENTRALES DE GALAXIAS CON DISCO

Jairo Méndez Abreu
Director de tesis
Enrico Maria Corsini
José Alfonso
López Aguerri
Tutor de tesis
Antonia
Varela Pérez
Fecha de publicación:
7
2008
Descripción

El objetivo fundamental  de esta tesis es el  estudio de la estructura
de  las  regiones centrales  de  galaxias  con  disco, con  particular
atención al estudio de los bulbos  y de las barras, y a los procesos
de  formación   y  evolución  de  estas   componentes.   Con  esta
finalidad,  han  sido   analizadas  las  propiedades  estructurales  y
fotométricas  de  los  bulbos  y  de  las  barras,  así  como  sus
características  cinemáticas  y   sus  poblaciones  estelares,  en
diferentes muestras de galaxias cercanas.

La primera parte de la  tesis se basa principalmente en la estructura,
cinemática y poblaciones estelares de los bulbos.

En esta  parte presentamos un  nuevo código de ajuste  (GASP2D) para
realizar  la   descomposición  fotométrica  bidimensional   de  la
distribución de  brillo superficial  de galaxias con  disco.  GASP2D
asume un perfil de Sérsic para el bulbo y un perfil exponencial para
el  disco.    Las  dos  componentes  poseen   isofotas  elípticas  y
concéntricas con elipticidades y
ángulos de posición constantes, pero diferentes para cada componente.

Los parámetros  estructurales de una  muestra de 148  galaxias S0-Sb
limitada en  magnitud se obtuvieron aplicando GASP2D  a las imágenes
en banda J proporcionadas por  el Two Micron All Sky Survey (2MASS).
En este  estudio encontramos  que los bulbos  más grandes  son más
luminosos y  poseen un  perfil de brillo  más concentrado que  el de
bulbos más pequeños. Además,  estos bulbos se encuentran en discos
mayores.   Este acoplamiento entre  los parámetros  estructurales de
los bulbos y de los  discos ha sido interpretado como una indicación
de la  formación de  los bulbos por  evolución secular  del disco.
Sin embargo,  los bulbos  en estudio también  siguen el  mismo plano
fundamental,  relación Faber-Jackson  y plano  fotométrico  de las
galaxias  elípticas,  lo que  sugiere  un  escenario de  formación
común dominado  por procesos disipativos.   Como conclusión, estos
resultados nos indican  que el análisis de las  relaciones de escala
no es suficiente para distinguir  entre bulbos formados por un colapso
disipativo, por fusiones/interacciones o por evolución secular.

Posteriormente  se   calculó  la  función   de  distribución  de
probabilidad (PDF) de la elipticidad ecuatorial de los bulbos a partir
de la distribución de elipticidades observadas y de la diferencia de
ángulos de posición entre el  bulbo y el disco. Aproximadamente el
80%de los bulbos en  galaxias no barradas lenticulares y espirales
tempranas son  elipsoides triaxiales.  Su relación  entre ejes media
en el  plano ecuatorial es <B/A> = 0.85 y su  PDF no
depende significativamente  de la morfología,  concentración de la
luz o  luminosidad.  Estos resultados  no cambian con la  presencia de
barras nucleares y  deben ser tenidos en cuenta  por los escenarios de
formación de los bulbos.

Los  datos fotométricos y  espectroscépicos de  una muestra  de 14
galaxias de  cúmulo fueron analizados para  estudiar sus propiedades
fotométricas   y  sus   poblaciones  estelares.    Los  parámetros
estructurales de  las galaxias se  obtuvieron usando GASP2D  sobre las
imágenes disponibles  en banda  R.  La cinemática  estelar así
como  la intensidad de  las lineas  de Hb  , Mg,  and Fe  se midieron
usando  espectros  obtenidos   a  lo  largo  del  eje   mayor  de  las
galaxias.  Esto  nos  ha   permitido  derivar  sus  valores  de  edad,
metalicidad y  relación alpha/Fe.   Tres clases de  bulbos fueron
identificados: bulbos  jóvenes (2 Ga)  con formación estelar
en acto,  bulbos de edad intermedia  (4-8 Ga) con  metalicidad solar y
bulbos viejos ($\sim10$ Ga) con alta metalicidad.  La mayoría de los
bulbos presentan relaciones  alpha/Fe solares, no tienen gradientes
de  edad  y presentan  un  gradiente  negativo  de metalicidad.   Este
último favorece un escenario  de formación por colapso disipativo,
sin embargo,  esto implicaría también un gradiente  negativo de la
relación alpha/Fe que no se  observa.  El bulbo de NGC~1292 es el
candidato más fiable  a ser un pseudobulbo de  nuestra muestra.  Sus
propiedades  estructurales  son parecidas  a  las  de  un disco  y  su
población estelar es consistente  con un lento crecimiento dentro de
un escenario de evolución secular.

Seis galaxias con un disco estelar de bajo brillo superficial y cuatro
con  un disco  estelar  de alto  brillo  superficial fueron  también
observadas tanto  fotométricamente como espectroscópicamente.  Los
parámetros   estructurales   se   obtuvieron  usando   GASP2D.    La
cinemática estelar y  del gas ionizado fue medida a  lo largo de los
ejes mayor  y menor en  la mitad de  las galaxias, mientras que  en la
otra  mitad sólo a  lo largo  de dos  ejes diagonales.   Las medidas
cinemáticas  se  extienden  hasta  un nivel  de  brillo  superficial
mu_R = 24 mag\arcsec2,  alcanzando en todos  los casos
la parte  plana de  la curva de  rotación.  La  cinemática estelar
resultó ser más regular y  simétrica que la cinemática del gas
ionizado,  la cual  a menudo  muestra la  presencia de  movimientos no
circulares, fuera  de plano o  desordenados.  Esto implica que  el gas
ionizado  no  es un  buen  trazador de  la  velocidad  circular en  la
región central de galaxias LSB, con  lo que puede llevar a errores a
la hora de calcular la distribución de masa.

La segunda parte de la  tesis se basa principalmente en la estructura,
cinemática y frecuencia de las barras en galaxias cercanas.

La fracción de galaxias barradas  y sus propiedades se estudiaron en
una muestra de 3000  galaxias extraídas del Sloan Digital Sky
Survey  (SDSS). Estas  galaxias  representan una  muestra limitada  en
volumen con  todas las galaxias  situadas en el intervalo  de redshift
0.01<z<0.04,  más   brillantes  de  Mr=-20   y  con  una
inclinación i <60 grados.  

La fracción de galaxias  barradas (45%) se determinó usando dos
metodos: ajuste de elipses y  análisis de Fourier. Los dos métodos
fueron comparados y calibrados con simulaciones de galaxias barradas y
no  barradas con  propiedades  parecidas a  las  observadas.  En  este
estudio encontramos que el 32% de las galaxias S0, el 55% de las
espirales  de tipo  temprano  y el  52%  de las  espirales de  tipo
tardío son galaxias  barradas.  Las barras en galaxias  S0 son más
débiles que  las encontradas en tipos  morfológicos mas tardíos,
además encontramos una correlación entre la longitud de la barra y
el tamaño  de esta, barras  más grandes se encuentran  en galaxias
con discos mayores.   Sin embargo, ni la intensidad de  la barra ni su
longitud correlan con la densidad  local de galaxias, esto sugiere que
el entorno local  no tiene un papel decisivo en  la formación de las
barras.  Por el contrario, las propiedades internas de las galaxias si
determinan las propiedades de las barras. De esta manera, galaxias con
una  alta concentracion  central de  la luz  (galaxias  SO) albergan
menos barras y estas son más débiles que en tipos mas tardíos.

El  código de  ajuste GASP2D  se mejoró  para tener  en  cuenta la
presencia de  las barras  en galaxias con  disco.  La  distribucion de
brillo superficial de la barra puede ser descrita con un perfil plano,
elíptico o  de Ferrers  y viene  añadido al modelo  del bulbo  y del
disco.   Las isofotas de  la barra  se construyeron  en un  sistema de
elipses  generalizadas, donde  se  permite que  las  isofotas no  sean
elipses perfectas.  Estas elipses poseen elipticidades y
ángulos  de posición  constantes y  son concéntricas  a  las del
bulbo  y  del  disco.   La  capacidad  de  GASP2D  v2.0  de  recuperar
correctamente  los  parámetros  estructurales  de  las  galaxias  se
comprobó  usando  galaxias  con  parámetros  conocidos  a  priori.
Además,  su   potencial  se  ha   comprobado  analizando  imágenes
extraídas del archivo del SDSS.

El estudio sobre  la presencia de bulbos tipo  boxy/peanut (B/P)
se   realizó   gracias   a    la   medida   de    la   cinemática
estelar. Observando  tres galaxias vista  de cara, NGC~98,  NGC~600, y
NGC~1703, ha sido posible  confirmar, por primera vez, la predicción
que  los bulbos  B/P pueden  ser  identificados en  galaxias con  baja
inclinación.  Esto se realizado verificando la presencia de un doble
mínimo  en el perfil,  a lo  largo del  eje major  de la  barra, del
momento  de orden  cuatro  de Gauss-Hermite,  h4,  que describe  la
distribución  de velocidades  a  lo  largo de  la  línea de  vista
(LOSVD).  En  NGC~98, la  presencia del doble  mínimo es clara  a lo
largo el eje  mayor de la barra.  Por el contrario,  en NGC~600 que es
también una  galaxia barrada, pero no posee  un bulbo significativo,
no  encontramos  esta  caracteristica  cinemática.  En  el  caso  de
NGC~1703,  que   es  una  galaxia  de  control   no  barrada,  tampoco
encontramos,  como esperábamos,  evidencias  de la  presencia de  un
bulbo B/P.  También se ha comprobado  que la LOSVD es más ancha en
la posición  del mínimo de  h4 en NGC~98.  Este  método más
directo evita problemas asociados a la medida de la LOSVD y de h4.

Las conclusiones de la tesis se pueden resumir en tres puntos: (1) Las
relaciones  de  escala, usadas  normalmente  para  el  estudio de  las
galaxias, no pueden ser usadas  en solitario para distinguir entre los
posibles  escenarios  de formación  propuestos  hasta  ahora ya  que
diferentes escenarios son capaces de reproducir las mismas relaciones.
Sin embargo, la medida  de las propiedades intrínsecas representa un
paso  adelante en este  campo y  fija nuevos  límites que  deben ser
reproducidos por las  simulaciones.  (2) Las propiedades cinemáticas
y  de las  poblaciones estelares  de  los bulbos  son fundamentales  e
imponen  fuertes  límites a  la  formación  de  los bulbos.   Esta
información,  combinada  con las  propiedades  estructurales de  las
galaxias  puede ayudar  a obtener  una visión  más general  de los
bulbos necesaria  para desvelar su  mecanismo de formación.   (3) La
conexión entre los bulbos y  las barras es fundamental para entender
la formación  de las dos componentes. La  posibilidad de identificar
bulbos B/P en galaxias  con baja inclinación permitirá estudiar la
frecuencia  de  estas estructuras  y  aclarar  finalmente  cual es  su
conexión con las barras.

 

Tipo