Cold-flows in the local Universe

Abstract

One of the main mechanisms of disk formation is accretion of gas from the intergalactic medium (the so-called cold-flow accretion). The accreted gas fuels and is responsible for the star formation in galaxies. The need for this external gas supply is clear in numerical simulations, however it has been difficult to confirm observationally. This thesis is focused on the study of Extremely Metal-Poor (XMP) galaxies, where the star-forming gas has a metallicity smaller than a tenth of the solar metallicity. They are relevant in this context because XMPs seem to be undergoing a gas accretion event at present. The aim of this thesis is to investigate objects that could shed light into the process of cold-flow accretion in the local Universe, and to explore various possibilities to constrain it observationally.

To this end, several studies were carried out. First, an analysis of the kinematics of nine XMP galaxies was made. The XMPs were found to have low rotation and large turbulent motions. Expanding shell-like structures with mass loading factors greater than 10 were also found. Second, deep H-alpha images were taken around an XMP galaxy using the GTC telescope (10 m). In these images, a low surface brightness halo and 63 objects dominated by emission lines were detected around the XMP galaxy, arranged along certain directions. Third, the connection between the ultra-diffuse galaxies and XMPs was explored. The metallicity of the galaxy UGC2162 was measured. From this analysis it was obtained that this galaxy shares the properties of an XMP host galaxy without the low metallicity stellar burst. It is therefore concluded that they are the type of galaxy expected before or after a gas accretion event.

Uno de los principales mecanismos de formación de discos de galaxias es la acreción de gas desde el medio intergaláctico (también llamada cold-flow). El gas acretado alimenta y es responsable de la formación estelar en las galaxias. La necesidad de este suministro de gas externo es evidente en las simulaciones numéricas, sin embargo, ha sido difícil de confirmar observacionalmente. Esta tesis se centra en el estudio de galaxias extremadamente pobres en metales (XMP), en las que el gas que forma las estrellas tiene una metalicidad inferior a una décima parte de la metalicidad solar. Son relevantes en este contexto porque las XMPs parecen estar atravesando actualmente un evento de acreción de gas. El objetivo de esta tesis es investigar objetos que nos permitan indagar en este proceso de acreción de gas en el Universo local, y explorar varias posibilidades para restringir sus propiedades a través de observaciones.

Para ello, se realizaron diversos estudios. Primero, se hizo un análisis de la cinemática de nueve galaxias XMP. Se obtuvo que las XMP tienen baja rotación y grandes movimientos turbulentos. También se encontraron estructuras en forma de concha en expansión con una fracción de masa arrastrada superior a 10. Segundo, se tomaron imágenes profundas de H-alpha alrededor de una galaxia XMP utilizando el telescopio GTC (10 m). En estas imágenes se detectaron un halo de bajo brillo superficial en H-alpha y 63 objetos dominados por líneas de emisión alrededor de la galaxia XMP, dispuestos a lo largo de ciertas direcciones. Tercero, se exploró la conexión entre las galaxias ultradifusas y las XMP. Se midió la metalicidad de la galaxia UGC2162. De este análisis se obtuvo que esta galaxia comparte las propiedades de una galaxia anfitriona de XMP sin el estallido estelar de baja metalicidad. Por lo que se concluye que son el tipo de galaxia que se espera antes o después de un evento de acreción de gas.