Search and characterization of galaxies with the lowest metallicity

Resumen

Según la teoría de formación de galaxias, estas se formaron jerárquicamente, es decir, las galaxias grandes se formaron a través de la unión de las más pequeñas. Este proceso es ineficiente, por lo que deja muchas galaxias enanas como remanente. Estos restos parecen ser las galaxias extremadamente pobres en metales (XMP de sus siglas en inglés) observadas en nuestro entorno. Las galaxias XMP tienen abundancias químicas similares a las del Universo primordial. Por lo tanto, pueden ser los mejores ejemplos encontrados a nivel local de la primera generación de galaxias con masas bajas a partir de las cuales se formaron las galaxias más grandes. Sin embargo, las galaxias XMP son objetos escasos. Una recopilación de Kunth & Östlin (2000) cita únicamente 31 objetos con metalicidades por debajo de una décima parte de la metalicidad solar. El objetivo de esta tesis es la búsqueda de nuevas galaxias XMP y la caracterización de sus propiedades físicas. La primera parte de esta tesis describe la búsqueda de galaxias XMP en SDSS/DR7 empleando k -means, un algoritmo automático de clasificación no supervisada. Hacemos esta búsqueda de acuerdo con la forma de los espectros de galaxias en la región que contiene [NII]6583 y Halpha, una región muy sensible a la metalicidad. Nuestra búsqueda da como resultado 32 galaxias de baja metalicidad, 11 de las cuales eran desconocidas. Con el fin de poner esta búsqueda en contexto, llevamos a cabo una recopilación bibliográfica de las galaxias con metalicidad por debajo de una décima parte del valor solar, encontrando sólo 129 objetos. Uno de los objetivos de esta tesis es estimar las abundancias químicas y las propiedades físicas de las galaxias XMP utilizando el método directo, que es la técnica de análisis más sofisticada para obtener las abundancias elementales. Para ello, diseñamos una herramienta que consiste en un procedimiento independiente programado usando IDL. Esta técnica se usa en esta tesis, pero además esta a disposición del público para que otros astrónomos puedan utilizarla. A menudo el método directo no puede ser aplicado y resulta necesario emplear calibraciones empíricas, como es el caso del índice de N2 (definido como el cociente entre [NII]6583 y Halpha), que esta relacionado con la metalicidad. Con el objetivo de mejorar la estimaciones de metalicidades obtenidas usando el índice N2, utilizamos la muestra completa de galaxias XMP de la primera parte de esta tesis. Desafortunadamente, haciendo esto nos encontramos con que N2 resulta claramente insuficiente como método para determinar metalicidades en el rango de baja metalicidad. Por lo tanto, es necesario encontrar nuevos índices que sirvan para tal fin. Finalmente, al realizar la búsqueda sistemática de galaxias XMP descubrimos que una fracción importante de estos objetos con bajo contenido en metales resulta tener forma cometaria o de ¿renacuajo¿ (tadpole en inglés). En esta tesis medimos la abundancia de oxígeno a lo largo del eje mayor de siete galaxias enanas compactas azules (BCD de sus siglas en inglés) utilizando el método directo. Algunas de ellas presentan gradientes de metalicidad coincidiendo con intensos estallidos de formación estelar, lo cual se interpreta como formación estelar provocada por la acreción de gas externo pobre en metales. Este proceso podría ser responsable de la morfología cometaria de las galaxias XMP. Esta morfología podría ser consecuencia de la acumulación de gas prístino externo que impacta contra un disco preexistente, provocando la formación de estrellas con menor metalicidad.