Actividad nuclear y formación estelar en galaxias

Resumen

Desde su descubrimiento hace ya más de cincuenta años, los núcleos de galaxias activas (AGNs, del Inglés "Active Galactic Nuclei"), hospedados tanto en los centros de galaxias cercanas como en los de objetos situados a distancias cosmológicas, han despertado un creciente interés por conocer el tipo de mecanismo capaz de generar cantidades de energía tan descomunales, así como por averiguar qué tipo de procesos o características definen el que una galaxia contenga un núcleo activo o no, Un tema de creciente actualidad es el estudio de la relación existente entre la presencia de actividad nuclear y la formación estelar en galaxias. Al parecer, la formación del agujero negro central y la formación estelar primordial que origina el crecimiento de los bulbos galácticos están relacionadas. Por otra parte, la enorme cantidad de energía generada por el AGN calienta el material interestelar del que se alimenta la formación estelar, que además es acretado por el agujero negro central, por lo que la presencia del AGN implica la paulatina supresión de la formación estelar. Así pues, parece claro que ambos fenómenos están relacionados desde su inicio, aunque las condiciones y las escalas de tiempo en los que tienen lugar están aún por definir. En esta tesis doctoral hemos pretendido abarcar el estudio de los AGNs, tanto a escala local como a distancias cosmológicas, con el objetivo de caracterizar los procesos físicos que tienen lugar en sus regiones centrales, de probar las predicciones del modelo unificado de AGNs y de estudiar su influencia sobre las galaxias que los albergan. Para ello nos hemos valido de numerosas herramientas (fotometría y espectroscopia, modelos de fotoionización, ajuste de distribuciones espectrales de energía, etc.) y hemos enfocado este trabajo principalmente hacia la explotación del rango infrarrojo, por encontrarse éste especialmente indicado para el estudio de los AGNs, como explicaremos más adelante. La primera parte de esta tesis está dedicada al análisis del espectro en el infrarrojo cercano (NIR, del Inglés "Near-infrared") de las galaxias Seyfert, y en particular, de las de Tipo 2. Así, valiéndonos de la baja extinción en este rango en comparación con el óptico, hemos podido caracterizar, de manera exhaustiva, las propiedades de la Región de Líneas Estrechas (NLR, del Inglés "Narrow-line Region") de estos objetos. En el caso de algunas de las galaxias analizadas, llegamos a observar componentes procedentes de regiones más profundas que la NLR, detectadas por primera vez en los trabajos que componen esta tesis. Hemos logrado reproducir de manera precisa la forma de los continuos observados en el NIR para este grupo de Seyferts, modelado las condiciones de una NLR típica mediante un código de fotoionización, y confirmado la existencia de un nuevo tipo de AGN, las Seyfert 1 de líneas estrechas oscurecidas, proponiendo además un sistema fiable para su detección y caracterización. En segundo lugar, hemos hecho uso del rango infrarrojo medio (MIR, del Inglés "Mid-infrared") para estudiar la relación entre la emisión nuclear y la integrada de las galaxias Seyfert, haciendo uso de datos de imagen del satélite ISO (Infrared Space Observatory) tomados con el instrumento ISOCAM. Confirmamos, en primer lugar, que la emisión de estos objetos en el MIR es anisótropa, apoyando la existencia de una estructura toroidal como la propuesta por el modelo unificado. Mediante el estudio de la relación existente entre los flujos nucleares en el MIR y la emisión en rayos X duros de las galaxias Seyfert aquí analizadas, obtenemos nuevas evidencias que dan soporte observacional al esquema del modelo unificado, y en concreto al de los modelos de toro no homogéneos. Además, ponemos de acuerdo nuestros resultados con los de trabajos similares publicados posteriormente con datos de mayor resolución espacial. Por último, e intentando investigar cómo varían las propiedades de los AGNs y sus galaxias anfitrionas con la distancia, hemos llevado a cabo un estudio de las distribuciones espectrales de energía (SEDs, del Inglés "Spectral Energy Distributions") de un centenar de AGNs, los cuales hemos clasificado en diferentes grupos dependiendo del grado de preponderancia del AGN en los distintos rangos de longitud de onda de la SED. Con este trabajo hemos desarrollado un método muy fiable para la clasificación de AGNs con alto desplazamiento al rojo (combinación escogida de código, espectros patrón y división en grupos), que además nos permite obtener de manera simultánea la distancia a las mismas. Encontramos que aproximadamente la mitad de la muestra presenta SEDs dominadas por la emisión del AGN, mientras que para el resto la emisión de la galaxia subyacente es la contribución dominante. Además, analizando la distancia promedio a la que se encuentran los diferentes grupos en los que hemos clasificado a los AGNs de la muestra, establecemos una secuencia evolutiva, en la que la presencia del AGN iría extinguiendo la formación estelar para irse haciendo cada vez más luminoso y finalmente decaer hasta el punto de resultar enmascarado por la emisión de la galaxia subyacente.