Galaxies with multiple bars : constraints on their formation scenarios
Date
2014Abstract
Much of current astrophysical research is aimed at addressing one key issue:
how galaxies form and evolve. We still do not fully understand the evolutionary
processes driving the lifetimes of the zoo of galaxies which populate the
Universe. Galaxies may be isolated, or in groups or clusters; they may appear
as pure ellipsoids or discs or include a variety of structures; they may be forming
stars violently or passing quietly through their lives; and the many other properties
that we are progressively discovering. Each piece we add to the puzzle
pile complicates the picture a bit more. This thesis is aimed at fixing one of
these pieces, a specific one related to the very interesting, but so far not well
characterised, double-barred galaxies.
Barred galaxies are rather common structures in the Universe and, more
importantly, they are key elements for secular evolution theories. In fact, bars
can transport gas to the central regions of galaxies and trigger the formation
of bulges and other new structures. Double bars go a step farther: they allow
the material to reach the very central regions where the gas driven inwards by
a single bar cannot get to. Therefore, nested bar systems are considered a very
efficient way to bring about the internal secular evolution of galaxies and even
to feed active galactic nuclei. This hypothesis has, however, some detractors,
as it is very promising from a theoretical point of view but there is not much
observational evidence that it is valid.
In this thesis we have carefully observed and studied a sample of five doublebarred
galaxies using the state-of-the-art techniques for the analysis of their
kinematics and stellar populations. This has led to original work not previously
performed, so each result is relevant and provides clues to the nature
of these objects. We are pleased to present the discovery of the σ-hollows, the
only known kinematical signature of the presence of stellar inner bars. Moreover,
we disentangle the complex structural composition of the galaxies of our
sample, dealing with different formation scenarios and rejecting those which do
not account for the observational properties derived here. We find out that one out of the five galaxies is probably hosting a disc-like bulge, whereas the
other four present a classical bulge in their centres. Finally, we ascertain that
inner bars tend to be younger and more metal-rich than the outer structures.
Nevertheless, the characteristic stellar populations for the bulge and the inner
bar are indistinguishable and there is no evidence of star-forming structures in
the central regions of these galaxies, so we have to conclude that these five inner
bars are not playing a major role in the secular evolution of their host galaxies Gran parte de la investigación astrofísica actual gira en torno a una única e
importante cuestión: cómo se forman y evolucionan las galaxias. Todavía hoy
no comprendemos los procesos evolutivos que dirigen la vida de ese zoo de
objetos que puebla el Universo. Las galaxias pueden estar aisladas o viviendo
en grupos o cúmulos; pueden aparentar ser simple elipsoides o discos o estar
constituidas por variedad de estructuras; pueden formar estrellas violentamente
o dejar pasar tranquilamente sus vidas; y un largo etcétera de propiedades que
vamos descubriendo poco a poco. Cada pieza que añadimos al puzle complica
la imagen final un poco más. Esta tesis pretende colocar por fin una de esas
piezas, aquella relacionada con el fascinante, aunque todavía poco estudiado,
caso de las galaxias con dos barras.
Las galaxias con barra son estructuras comunes en el Universo y elementos
clave en las teorías de evolución secular, puesto que las barras son capaces de
transportar gas a las regiones centrales y, por lo tanto, promover la formación
de bulbos y otras estructuras. Las dobles barras van un paso más allá al permitir
que el material alcance las partes más internas de las galaxias, donde el
gas transportado por una barra simple no puede llegar. Es por tanto lógico que
estos sistemas dobles sean considerados fundamentales y muy eficientes para la
evolución secular interna de las galaxias, e incluso se les relaciona a menudo con
los núcleos activos galácticos. Esta hipótesis encuentra, sin embargo, varios detractores,
pues aunque es muy prometedora desde un punto de vista puramente
teórico, no hay evidencias observacionales que la sustenten.
En la presente tesis hemos observado y estudiado en detalle una muestra
de cinco galaxias con dos barras y hemos hecho uso de las técnicas de análisis
más novedosas con el objetivo de caracterizar su cinemática y poblaciones estelares.
Se trata de un trabajo completamente original jamás antes realizado,
por lo que cada resultado es relevante y proporciona nuevas pistas sobre la
naturaleza de estos objetos. Así pues, presentamos el descubrimiento de los
llamados σ-hollows, las únicas señales cinemáticas conocidas de la presencia de barras internas. Desentrañamos también la compleja composición estructural
de las galaxias de nuestra muestra, considerando los diferentes escenarios
de formación posibles y rechazando aquellos que no explican las propiedades
observacionales encontradas. Obtenemos así que una de las cinco galaxias en
estudio probablemente contiene un bulbo tipo disco, mientras que el resto de la
muestra está compuesta por bulbos clásicos. Finalmente, averiguamos que las
barras internas tienden a ser más jóvenes y metálicas que las estructuras externas;
sin embargo, las poblaciones estelares características para el bulbo y la
barra interna son indistinguibles y no hay evidencias de formación estelar relevante
en las regiones centrales, por lo que concluimos que al menos estas cinco
barras internas no están desempeñando un papel importante en la evolución
secular de sus galaxias anfitrionas.