Spectro-photometric decompositions of BEARD galaxies with MUSE

Abstract

La existencia de grandes galaxias sin bulbo es un reto hoy en día para el modelo de cosmología actual, ΛCDM. Esta teoría afirma que las galaxias se forman de manera jerárquica, es decir, se forman primero las pequeñas y, por fusiones de estas, se forman las más grandes. Estas fusiones cambian la morfología de las galaxias, ayudando a crear bulbos clásicos, destruyendo los discos preexistentes y creando, en algunas ocasiones, otros discos mayores; por lo que no se entiende que una galaxia pueda crecer sin formar un bulbo. Este problema se acentúa por dos motivos: se encuentran más galaxias de las esperadas sin bulbo y la Vía Láctea es una de ellas, pues no tiene un bulbo clásico, solo una barra con un boxy-peanut. Para ello, el grupo BEARD seleccionó 66 galaxias de masa parecida a la Vía Láctea en el universo cercano, con la intención de encontrar los posibles caminos de formación de estas y poder explicar la existencia de nuestra propia galaxia. Este trabajo de fin de máster se encuadra dentro del proyecto BEARD, pues estudiaremos cuatro de esas 66 galaxias. Para este fin, BEARD aborda el problema desde cuatro puntos distintos, creando cuatro grupos de trabajo: de imagen de óptica profunda, de fotometría de banda estrecha, de espectroscopía de rendija larga y de espectroscopía de campo integral. Concretamente este trabajo se puede catalogar dentro del último de sus cuatro grupos, el de espectroscopía de campo integral. La principal diferencia es que este grupo trabaja hoy en día con datos de MEGARA y nosotros lo haremos con datos de MUSE con las ventajas que eso supone: mayor rango espectral para poder estudiar líneas de absorción importantes para el estudio de las poblaciones estelares y mayor campo de visión para el estudio de las zonas más externas de las galaxias. Además, este será el primer trabajo dentro de BEARD con un análisis de las poblaciones de los discos de las galaxias sin bulbo. Para llevar a cabo este estudio realizaremos descomposiciones espectrofotométricas de los cubos de datos de nuestras cuatro galaxias: NGC1087, NGC4598, NGC5806 y NGC7448. Antes de realizar estas descomposiciones, debemos realizar un tratamiento previo: un bineado Voronoi de los datos para tener una buena señal a ruido utilizando el código VorBin y un análisis de la cinemática estelar con el código pPXF. Este código compara los espectros con varios modelos basados en la librería de MILES, ajustando la cinemática de la galaxia (v, σ, etc.) y dándole pesos a modelos con distintas edades y metalicidades hasta encontrar la combinación de estos que mejor se ajuste a nuestro espectro. Utilizando los resultados de cinemática podremos construir un cubo en reposo, corrigiendo los desplazamientos de los espectros hasta que en un mismo bin tengamos la misma longitud de onda en toda la imagen. Después sí, realizaremos las descomposiciones espectrofotométricas con C2D, un código muy novedoso en el estudio de morfología de galaxias (solo existen dos en el mundo). C2D hace uso del código GASP2D para realizar las descomposiciones fotométricas, el cual analiza el brillo superficial de una imagen bidimensional y lo divide en sus componentes morfológicas. C2D envía todas las imágenes en longitud de onda del cubo a GASP2D individualmente, recoge sus resultados y los junta en cubos nuevos. Finalmente, este código nos devolverá un cubo de datos por cada componente morfológica que ajustemos (bulbo, disco, barra), en los cuales haremos un análisis de poblaciones estelares pesadas en masa con pPXF. Además realizaremos también un análisis de las poblaciones en el cubo sin descomponer para poder ver las diferencias entre los resultados. Una vez realicemos las descomposiciones y los análisis de poblaciones estelares encontraremos varios resultados interesantes. NGC1087 se trata de una galaxia solo disco (sin ningún tipo de bulbo) con poblaciones muy jóvenes y poco metálicas y con muchas regiones de formación estelar acentuadas por una fusión con otra galaxia reciente, la cual también ha creado un gradiente de metalicidades norte-sur. NGC4598 se trata de una galaxia barrada con diferentes estructuras como un cúmulo estelar joven y metálico como núcleo (y con una tendencia a poblaciones más jóvenes hacia el centro), un boxy-peanut en el centro de una barra también joven y metálica y un posible desierto de formación estelar en el disco, con una alta dispersión de poblaciones en esta región. NGC5806 se trata también de una galaxia barrada (aunque nosotros no hemos podido ajustar esta barra al ser más grande que el campo de visión), en cuyo centro se presenta un disco nuclear viejo y metálico rodeado de un anillo de formación estelar, el cual nos proporciona un gradiente suave de edades desde el centro hasta el anillo. En su disco, al analizarlo junto a la barra, encontramos poblaciones más viejas en el centro y una tendencia a poblaciones más jóvenes fuera. NGC7448 se trata también de una galaxia muy joven con mucha formación estelar y poco metálica con un pequeño bulbo con una edad algo mayor. Esta galaxia tiene tanta emisión de gas que tendremos que realizar un paso adicional previo a la descomposición, pues la emisión hace que el bulbo desaparezca en Hβ. Por lo tanto tendremos que ajustar la emisión con pPXF y crear un cubo sin emisión. Centrándonos principalmente en los bulbos y discos podremos observar varias cosas. Los bulbos son poco masivos en los tres casos en que tenemos un bulbo, y son metálicos. Encontraremos algo de dispersión en las edades, pues el disco nuclear de NGC5806 es un bulbo más viejo que los otros, pero si los comparamos con los datos de los bulbos extraídos con C2D en el proyecto CALIFA veremos que las desviaciones en edad y metalicidad están dentro de los valores típicos para los bulbos de este estudio. En cuanto a los discos, podremos afirmar que todos los discos observados son jóvenes, pues en ninguna región de ningún disco se había formado el 50% de la masa estelar hace 10 Gyr, mientras que se cree que en la Vía Láctea la mayoría de la masa estelar ya se había formado a esa edad. Incluso la mayoría de lar regiones de NGC1087 y NGC7448 no habían formado nada de masa hace 10 Gyr.