Formation and evolution of galaxies in cold dark matter cosmology

Abstract

El modelo cosmológico estándar actualmente aceptado es el ΛCDM, que establece una formación jerárquica de las galaxias a gran escala a partir de pequeñas fluctuaciones de densidad observadas en el Fondo Cósmico de Microondas. En este Trabajo de Fin de Grado se ha tomado una simulación numérica perteneciente al programa MAGICC y generada con el código Gasoline. Se ha utilizado el paquete de Pynbody, escrito en Python, para analizar esta simulación de una galaxia similar a la Vía Láctea y compuesta por unos 8 millones de partículas de estrellas, gas y materia oscura. Con el objetivo de obtener una distribución final de estrellas ex-situ (formadas fuera de la galaxia) en la galaxia a la edad actual del Universo, se ha analizado su formación a partir de las galaxias satélite que orbitan a su alrededor desde épocas tempranas. Primero, se han estudiado las abundancias de las estrellas, comparando las de aquellas que se forman in-situ (dentro de la galaxia) y aquellas que provienen del exterior, y distinguiendo la edad de mayor actividad de acreción (”merger epoch”). Se han identificado y rastreado varias galaxias satélite, observando su evolución con el tiempo hasta el momento en el que empiezan a formar parte de la galaxia central con dos métodos distintos. El primero, y el que finalmente se ha tomado para obtener los resultados, trata de tomar como referencia la estrella más antigua situada en el centro de cada satélite. El segundo método, se basa en una función específica de Pynbody que permite enlazar partículas entre dos capturas temporales (”snapshots”) distintas de la misma simulación. Una vez obtenido el tiempo de acreción de varios ”mergers” (galaxias satélite que se fusionan con la central), se han elegido 8 de ellos y se han anotado los valores de sus masas en el momento antes de su acreción. Luego, se han proyectado sus estrellas desde dicho instante hasta sus posiciones finales dentro de la galaxia. Así, se ha comprobado que, a priori, las estrellas de galaxias con menor masa y acretadas en edades más tempranas tienden a concentrarse en el centro de la galaxia principal en estructuras más o menos esféricas. Por otro lado, las galaxias más masivas y con tiempos de acreción mayores, son propensas a estar más dispersas y a extenderse más en la dirección radial. En definitiva, este trabajo ha permitido el estudio de la formación y evolución de una galaxia espiral desde edades tempranas dentro del marco cosmológico del modelo de concordancia del Big Bang. Asimismo, los resultados han permitido estudiar las distribuciones de estrellas externas, provenientes de estas galaxias satélite y compararlas según sus masas y tiempos de acreción.