Exploring the UV spectral range to constrain the evolution of massive galaxies in varying environments and varying redshift.

Abstract

Las galaxias más masivas del Universo local son las galaxias de tipo temprano (del inglés, ETGs) que comprenden las galaxias elípticas y lenticulares. El grueso de sus poblaciones de estrellas son viejas y prácticamente no están formando nuevas estrellas. Su actividad de formación estelar no es lo que llegó a ser en las etapas tempranas del Universo, donde grandes cantidades de gas se transformaron en estrellas. La formación de estrellas se detuvo rápidamente y las ETGs evolucionaron como sistemas rojos y viejos. Cuáles fueron los mecanismos físicos responsables de detener la creación de nuevas estrellas sigue siendo un misterio, aunque se cree que las contribuciones de los núcleos activos de galaxias (del inglés, AGNs) pudieron transformar estos sistemas estelares en objetos evolucionando pasivamente con escasa formación estelar.

Las estrellas viejas de las ETGs emiten la mayor parte de su luz en el rango espectral óptico. El óptico, sin embargo, es relativamente insensible a pequeñas fracciones de poblaciones estelares jóvenes, cuya luz domina en el rango ultravioleta (UV). Afortunadamente, el UV es un trazador óptimo de las poblaciones estelares más calientes como las estrellas jóvenes. Estudios fotométricos en el UV han puesto de manifiesto que las ETGs pueden tener formación de estrellas a un ritmo muy bajo. Sin embargo, el rango UV en los espectros de las ETGs no ha sido explorado para determinar sus poblaciones jóvenes.

El objetivo de esta tesis es cuantificar estas poblaciones estelares jóvenes de las ETGs masivas usando las líneas de absorción de sus espectros. Hemos usado nuevos modelos de poblaciones estelares para analizar, por primera vez, índices espectrales ópticos y del UV cercano simultáneamente. Comparamos las observaciones con las predicciones de los modelos de dos parametrizaciones de las historias de formación estelar (del inglés, SFH) de las galaxias masivas. Primero hemos investigado si la formación de estrellas residual es una característica común entre la población de ETGs, mediante la suma de miles de espectros de galaxias masivas a un desplazamiento al rojo medio de z~0.4. De estos espectros sumados hemos podido obtener las fracciones de población joven en función de la masa de la galaxia. Hemos encontrado que las ETGs masivas tienen en promedio una fracción de estrellas jóvenes formadas en los últimos 2 mil millones de años por debajo del 1%, y que ésta fracción es mayor para las galaxias menos masivas. Esta tendencia con la masa es consistente con el hecho que las galaxias menos masivas tienen SFH más extendidas en el tiempo que las más masivas. También hemos visto que las galaxias masivas sintéticas de las simulaciones cosmológicas producen demasiadas estrellas de edades intermedias. Esto implica que los procesos para suprimir la formación de estrellas en galaxias masivas y mantenerla suprimida en el tiempo, aun necesitan ser comprendidos. Nuestros resultados ponen rigurosos límites que necesitan ser satisfechos por las simulaciones.

Para intentar entender el origen de estas poblaciones jóvenes, hemos analizado espectros resueltos espacialmente para obtener información de dónde están situadas en las galaxias. Para ello, hemos analizado un tipo especial de ETGs: las galaxias más brillantes de los cúmulos de galaxias (del inglés, BCGs). Estas galaxias se encuentran en el centro de los potenciales gravitatorios de los cúmulos de galaxias. Nuestro estudio de 6 BCGs cercanas ha demostrado que sus estrellas jóvenes están en el interior de <2 kpc del centro de las galaxias, es decir, en los núcleos. Las pequeñas fracciones de estrellas jóvenes que encontramos son consistentes con un origen in-situ, es decir, la formación de estrellas residual puede producirse gracias al material reciclado de la muerte de estrellas de generaciones anteriores o del gas inicial residual. Sin embargo, debido a la ubicación de estos objetos, un origen ex-situ a través los efectos y procesos del entorno del no puede ser descartado.

Estudiar las componentes estelares jóvenes en galaxias reliquias nos ayuda a entender los orígenes de la formación estelar reciente que detectamos en las galaxias ETGs normales. Estas galaxias reliquias, masivas y compactas, han sobrevivido intactas desde su formación a alto desplazamiento al rojo hasta el Universo local, es decir, sin haber experimentado un crecimiento tanto en tamaño como en masa a través de fusiones e interacciones con otras galaxias. Por ello, hemos estudiado la contribución de las poblaciones jóvenes en la región central de 1 kpc de la galaxia NGC 1277, la galaxia reliquia por excelencia del Universo cercano. Encontramos una población joven que contribuye menos del 1%, similar a los resultados previos, lo que apunta a que la formación estelar reciente encontrada en galaxias masivas ETGs puede estar relacionada con los procesos intrínsecos de las galaxias.