Estructura y dinámica de las regiones centrales de galaxias con disco

Resumen

El objetivo fundamental de esta tesis es el estudio de la estructura de las regiones centrales de galaxias con disco, con particular atención al estudio de los bulbos y de las barras, y a los procesos de formación y evolución de estas componentes, Con esta finalidad, han sido analizadas las propiedades estructurales y fotométricas de los bulbos y de las barras, así como sus características cinemáticas y sus poblaciones estelares, en diferentes muestras de galaxias cercanas. La primera parte de la tesis se basa principalmente en la estructura, cinemática y poblaciones estelares de los bulbos. En esta parte presentamos un nuevo código de ajuste (GASP2D) para realizar la descomposición fotométrica bidimensional de la distribución de brillo superficial de galaxias con disco. GASP2D asume un perfil de Sérsic para el bulbo y un perfil exponencial para el disco. Las dos componentes poseen isofotas elípticas y concéntricas con elipticidades y ángulos de posición constantes, pero diferentes para cada componente. Los parámetros estructurales de una muestra de 148 galaxias S0-Sb limitada en magnitud se obtuvieron aplicando GASP2D a las imágenes en banda J proporcionadas por el Two Micron All Sky Survey (2MASS). En este estudio encontramos que los bulbos más grandes son más luminosos y poseen un perfil de brillo más concentrado que el de bulbos más pequeños. Además, estos bulbos se encuentran en discos mayores. Este acoplamiento entre los parámetros estructurales de los bulbos y de los discos ha sido interpretado como una indicación de la formación de los bulbos por evolución secular del disco. Sin embargo, los bulbos en estudio también siguen el mismo plano fundamental, relación Faber-Jackson y plano fotométrico de las galaxias elípticas, lo que sugiere un escenario de formación común dominado por procesos disipativos. Como conclusión, estos resultados nos indican que el análisis de las relaciones de escala no es suficiente para distinguir entre bulbos formados por un colapso disipativo, por fusiones/interacciones o por evolución secular. Posteriormente se calculó la función de distribución de probabilidad (PDF) de la elipticidad ecuatorial de los bulbos a partir de la distribución de elipticidades observadas y de la diferencia de ángulos de posición entre el bulbo y el disco. Aproximadamente el 80%de los bulbos en galaxias no barradas lenticulares y espirales tempranas son elipsoides triaxiales. Su relación entre ejes media en el plano ecuatorial es <B/A> = 0.85 y su PDF no depende significativamente de la morfología, concentración de la luz o luminosidad. Estos resultados no cambian con la presencia de barras nucleares y deben ser tenidos en cuenta por los escenarios de formación de los bulbos. Los datos fotométricos y espectroscépicos de una muestra de 14 galaxias de cúmulo fueron analizados para estudiar sus propiedades fotométricas y sus poblaciones estelares. Los parámetros estructurales de las galaxias se obtuvieron usando GASP2D sobre las imágenes disponibles en banda R. La cinemática estelar así como la intensidad de las lineas de Hb , Mg, and Fe se midieron usando espectros obtenidos a lo largo del eje mayor de las galaxias. Esto nos ha permitido derivar sus valores de edad, metalicidad y relación alpha/Fe. Tres clases de bulbos fueron identificados: bulbos jóvenes (2 Ga) con formación estelar en acto, bulbos de edad intermedia (4-8 Ga) con metalicidad solar y bulbos viejos ($\sim10$ Ga) con alta metalicidad. La mayoría de los bulbos presentan relaciones alpha/Fe solares, no tienen gradientes de edad y presentan un gradiente negativo de metalicidad. Este último favorece un escenario de formación por colapso disipativo, sin embargo, esto implicaría también un gradiente negativo de la relación alpha/Fe que no se observa. El bulbo de NGC~1292 es el candidato más fiable a ser un pseudobulbo de nuestra muestra. Sus propiedades estructurales son parecidas a las de un disco y su población estelar es consistente con un lento crecimiento dentro de un escenario de evolución secular. Seis galaxias con un disco estelar de bajo brillo superficial y cuatro con un disco estelar de alto brillo superficial fueron también observadas tanto fotométricamente como espectroscópicamente. Los parámetros estructurales se obtuvieron usando GASP2D. La cinemática estelar y del gas ionizado fue medida a lo largo de los ejes mayor y menor en la mitad de las galaxias, mientras que en la otra mitad sólo a lo largo de dos ejes diagonales. Las medidas cinemáticas se extienden hasta un nivel de brillo superficial mu_R = 24 mag\arcsec2, alcanzando en todos los casos la parte plana de la curva de rotación. La cinemática estelar resultó ser más regular y simétrica que la cinemática del gas ionizado, la cual a menudo muestra la presencia de movimientos no circulares, fuera de plano o desordenados. Esto implica que el gas ionizado no es un buen trazador de la velocidad circular en la región central de galaxias LSB, con lo que puede llevar a errores a la hora de calcular la distribución de masa. La segunda parte de la tesis se basa principalmente en la estructura, cinemática y frecuencia de las barras en galaxias cercanas. La fracción de galaxias barradas y sus propiedades se estudiaron en una muestra de 3000 galaxias extraídas del Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Estas galaxias representan una muestra limitada en volumen con todas las galaxias situadas en el intervalo de redshift 0.01<z<0.04, más brillantes de Mr=-20 y con una inclinación i <60 grados. La fracción de galaxias barradas (45%) se determinó usando dos metodos: ajuste de elipses y análisis de Fourier. Los dos métodos fueron comparados y calibrados con simulaciones de galaxias barradas y no barradas con propiedades parecidas a las observadas. En este estudio encontramos que el 32% de las galaxias S0, el 55% de las espirales de tipo temprano y el 52% de las espirales de tipo tardío son galaxias barradas. Las barras en galaxias S0 son más débiles que las encontradas en tipos morfológicos mas tardíos, además encontramos una correlación entre la longitud de la barra y el tamaño de esta, barras más grandes se encuentran en galaxias con discos mayores. Sin embargo, ni la intensidad de la barra ni su longitud correlan con la densidad local de galaxias, esto sugiere que el entorno local no tiene un papel decisivo en la formación de las barras. Por el contrario, las propiedades internas de las galaxias si determinan las propiedades de las barras. De esta manera, galaxias con una alta concentracion central de la luz (galaxias SO) albergan menos barras y estas son más débiles que en tipos mas tardíos. El código de ajuste GASP2D se mejoró para tener en cuenta la presencia de las barras en galaxias con disco. La distribucion de brillo superficial de la barra puede ser descrita con un perfil plano, elíptico o de Ferrers y viene añadido al modelo del bulbo y del disco. Las isofotas de la barra se construyeron en un sistema de elipses generalizadas, donde se permite que las isofotas no sean elipses perfectas. Estas elipses poseen elipticidades y ángulos de posición constantes y son concéntricas a las del bulbo y del disco. La capacidad de GASP2D v2.0 de recuperar correctamente los parámetros estructurales de las galaxias se comprobó usando galaxias con parámetros conocidos a priori. Además, su potencial se ha comprobado analizando imágenes extraídas del archivo del SDSS. El estudio sobre la presencia de bulbos tipo boxy/peanut (B/P) se realizó gracias a la medida de la cinemática estelar. Observando tres galaxias vista de cara, NGC~98, NGC~600, y NGC~1703, ha sido posible confirmar, por primera vez, la predicción que los bulbos B/P pueden ser identificados en galaxias con baja inclinación. Esto se realizado verificando la presencia de un doble mínimo en el perfil, a lo largo del eje major de la barra, del momento de orden cuatro de Gauss-Hermite, h4, que describe la distribución de velocidades a lo largo de la línea de vista (LOSVD). En NGC~98, la presencia del doble mínimo es clara a lo largo el eje mayor de la barra. Por el contrario, en NGC~600 que es también una galaxia barrada, pero no posee un bulbo significativo, no encontramos esta caracteristica cinemática. En el caso de NGC~1703, que es una galaxia de control no barrada, tampoco encontramos, como esperábamos, evidencias de la presencia de un bulbo B/P. También se ha comprobado que la LOSVD es más ancha en la posición del mínimo de h4 en NGC~98. Este método más directo evita problemas asociados a la medida de la LOSVD y de h4. Las conclusiones de la tesis se pueden resumir en tres puntos: (1) Las relaciones de escala, usadas normalmente para el estudio de las galaxias, no pueden ser usadas en solitario para distinguir entre los posibles escenarios de formación propuestos hasta ahora ya que diferentes escenarios son capaces de reproducir las mismas relaciones. Sin embargo, la medida de las propiedades intrínsecas representa un paso adelante en este campo y fija nuevos límites que deben ser reproducidos por las simulaciones. (2) Las propiedades cinemáticas y de las poblaciones estelares de los bulbos son fundamentales e imponen fuertes límites a la formación de los bulbos. Esta información, combinada con las propiedades estructurales de las galaxias puede ayudar a obtener una visión más general de los bulbos necesaria para desvelar su mecanismo de formación. (3) La conexión entre los bulbos y las barras es fundamental para entender la formación de las dos componentes. La posibilidad de identificar bulbos B/P en galaxias con baja inclinación permitirá estudiar la frecuencia de estas estructuras y aclarar finalmente cual es su conexión con las barras.