Optically selected compact stellar regions and tidal dwarf galaxies in (ultra)luminous infrared galaxies

Resumen

Como resultado de las interacciones galácticas, las galaxias que intervienen pueden sufrir importantes transformaciones y, durante el proceso, se pueden dar fenómenos de una envergadura extraordinaria si se compara con los procesos que tienen lugar en galaxias con poca formación estelar. En concreto, tanto las simulaciones como las observaciones han demostrado que estas interacciones desencadenan eventos de formación estelar de tal modo que se pueden formar objetos jóvenes tan o más masivos que los cúmulos globulares. Las galaxias luminosas (LIRGs; L_bol L_IR = L[8-1000¿m] = 10^11-10^12 L_solar ) y ultraluminosas (ULIRGs; L_IR = L[8-1000¿m] = 10^12-10^13 L_solar) muestran los casos más extremos de formación estelar dentro del entorno de las interacciones. Por ello, no es sorprendente que se hayan detectado regiones compactas de formación estelar reciente en todos las investigaciones llevadas a cabo en muestras de (U)LIRGs. No obstante, sólo unos pocos estudios se han preocupado por este tipo de sistemas. La presente tesis se centra en analizar regiones de formación estelar compacta (nodos) en una muestra representativa de 32 (U)LIRGs , la muestra más cuantiosa que se ha utilizado para este tipo de estudio en estos sistemas. El proyecto se basa principalmente en el análisis de imágenes de alta resolución angular tomadas en el visible con las cámaras ACS yWFPC2, instaladas a bordo del telescopio espacial Hubble (HST), su combinación con espectroscopía de campo integral (IFS) obtenida con los espectrógrafos INTEGRAL (WHT) y VIMOS (VLT), y con datos obtenidos con una simulación numérica de alta resolución espacial de una interacción mayor de galaxias. Por primera vez, se ha realizado un estudio tan detallado en este tipo de sistemas y con tal combinación de diversos tipos (fotometría, espectroscopía y simulaciones numéricas) y cantidad de datos. Se han identificado unos pocos miles de nodos, más de un orden de magnitud que en estudios anteriores. Se ha procedido a realizar una caracterización completa de sus propiedades fotométricas en función de la luminosidad en infrarrojo del sistema y según la fase de interacción. Se han comparado dichas propiedades con las de objetos compactos que se han identificado en simulaciones de interacciones de galaxias. Por último, y con el uso combinado de datos de espectroscoía integral, hemos llevado a cabo una búsqueda de candidatos a galaxias enanas de marea, y se han podido establecer restricciones a la formación de este tipo de objectos para las galaxias tipo (U)LIRG. Los resultados más relevantes se resumen a continuación: ¿ Con un tamaño típico de decenas de pc, los nodos son generalmente compactos. La mayoría de los mismos contienen probablemente subestructura y constituyen, por lo tanto, complejos o agregados de cúmulos estelares. ¿ Pese a que en los sistemas (U)LIRGs la mayor parte de la formación estelar está escondida por el polvo, el 15% de los nodos que se han detectado son muy azules, con poca extinción y muy luminosos. Estos nodos azules poseen una masa semejante e incluso mayor los a supercúmulos que se han observado en interacciones de galaxias menos luminosas. ¿ Para reproducir el ancho rango de colores de los nodos detectados en (U)LIRGs se tiene que aplicar cierta extinción a los colores obtenidos de regiones estelares compactas que se han identificado en simulaciones de interacciones mayores. En concreto, la extinción aplicada está caracterizada por una función de densidad de probabilidad exponencial. ¿ Los nodos en ULIRGs, sistemas que poseen una mayor tasa de formación estelar por unidad de área y contenido en gas respecto a sistemas en interacción menos luminosos, son intrínsecamente más luminosos (seguramente más masivos) debido a efectos del tamaño de la muestra. ¿ Los nodos en ULIRGs pueden ser de un tamaño y tener una masa característica similar a la de los complejos o estructuras estelares que se han detectado a altos desplazamientos al rojo (z > 1), intrínsecamente más massivos que los complejos estelares observados en interaciones de galaxias menos luminosas. ¿ El envejecimiento de los nodos gobierna la evolución de su distribución de colores a lo largo del proceso de interacción. Hay evidencias teóricas y observacionales de que, debido a la interacción, únicamente los nodos más masivos sobreviven cuando el sistema se encuentra finalmente relajado. ¿ La pendiente de la función de luminosidad de los nodos, consistente con 2, no depende de la luminosidad de la galaxia. No obstante, hay indicaciones de una ligera variación con la fase de interacción, de tal modo que dicha pendiente se vuelve más abrupta desde épocas tempranas a fases tardías de la interacción. Una simulación numérica de una interacción mayor apoya este resultado, una variación de la pendiente que se puede explicar si la tasa de formación de nodos estelares es mayor en fases tempranas de la interacción. ¿ De entre las estructuras de formación estelar extranucleares que se han identificado en 11 (U)LIRGs y que poseen un tamaño típico de hasta varios cientos de pc, nueve de ellas se han reconocido como candidatas a galaxias enanas de marea. Estas candidatas cumplen ciertos criterios de masa, auto-gravitación y estabilidad. Con una tasa de producción estimada de 0.1 candidatas por sistema (U)LIRG, sólo una pequeña fracción (<10%) de la polación de galaxias satélites enanas se puede haber formado como una TDG.