Formación y Evolución de Galaxias

Las galaxias se han ido formando de manera progresiva a lo largo de una compleja combinación de acreción de gases, formación estelar y procesos de fusión con otras galaxias. La Línea de investigación en Formación y Evolución de Galaxias  tiene por objeto:

1) Rastrear una estructura tridimensional de la Vía Láctea y resolver poblaciones estelares en su sistema de cúmulos globulares, sus galaxias satélite y en otras galaxias cercanas como vía para la confirmación de modelos de formación de galaxias en diferentes escenarios cosmológicos.

2) Distinguir entre los diferentes escenarios propuestos para explicar la historia de la formación estelar del universo y descifrar el papel de la fusión, la acreción y la existencia de agujeros negros supermasivos en el centro de algunas galaxias. El IAC recopilará una muestra de tamaño sin precedentes de espectros de altísima calidad de galaxias lejanas utilizando el GTC y el VLT y obtendrá imágenes con una elevadísima resolución espacial, así como espectros tridimensionales de las galaxias más cercanas con el GTCAO y FRIDA para estudiar el ciclo de actividad de los agujeros negros supermasivos y su influencia en la evolución de las galaxias.

3) Estudiar la física de la formación estelar y las condiciones del medio interestelar en las primeras galaxias realizando estudios de seguimiento  con el GTC, los interferómetros milimétricos ALMA e IRAM de galaxias a alto z descubiertas en los sondeos extragalácticos con el Observatorio Espacial Submilimétrico Herschel (cuyos co-Is son I. Pérez- Fournón y J. Cepa) y el satélite Spitzer; y estudios de banda estrecha y seguimiento espectroscópico de emisores Lyman alpha aprovechando las fantásticas cualidades de los espectrógrafos óptico en infrarrojo OSIRIS (I.P. J. Cepa) y EMIR (I.P. F. Garzón) del GTC. Utilizar las galaxias cercanas, en especial las de alto z, a modo de sondas para estudiar el universo temprano.

4) El IAC lidera una colaboración para obtener espectroscopia de todas las lentes gravitarotias conocidas utilizando instalaciones como el VLT, el Magallanes, el MMT, el GTC y, en un futuro, el HARMONI (el instrumento de primera luz del ELT europeo, del que es co-I E. Mediavilla) para detectar la presencia de materia oscura en el halo de las galaxias (MACHOS y subhalos) midiendo la diferencia en aumento del continuo y de las líneas de emisión.  

5) El grupo de simulaciones, creado recientemente y liderado por el investigador del Programa Severo Ochoa Claudio Dalla Vecchia, tiene por objeto relacionar las observaciones con la teoría. El grupo, junto a las colaboraciones internacionales de sus componentes, realizará simulaciones de la formación y evolución de galaxias para reforzar la interpretación de datos observacionales y obtener predicciones para futuras observaciones.

Objetivos:

• Medir la estructura tridimensional de la Vía Láctea y resolver poblaciones estelares en su sistema de cúmulos globulares, sus galaxias satélites y en galaxias cercanas para desarrollar modelos de formación de galaxias en escenarios cosmológicos.
• Estudiar la físca de la formación de galaxias y de las condiciones del medio interestelar a lo largo de la historia del Universo y descubrir el papel que desempeñan la fusión, la acreción y los agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias.

Resultados científicos específicos:

Los núcleos de las galaxias:

• Artículo de revisión sobre el oscurecimiento de núcleos galácticos activos (AGN) (Ramos-Almeida & Ricci 2017, Nature Astronomy) y primera detección, mediante el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), del toro de polvo alrededor de un AGN (García-Burillo et al. 2016, ApJ Letters).
• El chorro de M87 mostró una emisión de energía en el núcleo 2-3 órdenes de magnitud más potente que la encontrada anteriormente (Prieto et al. 2016).
• Descubrimiento del "apagado" de la formación estelar masiva inducido por efectos no térmicos en el núcleo de la galaxia de alta formación estelar NGC1097 (Tabatabaei et al. 2018, Nature Astronomy).
• Las imágenes obtenidas con la cámara infrarroja CIRCE instalada en el GTC permiten revelar la morfología de la galaxia anfitriona de un potente AGN. El estudio muestra por primera vez que la galaxia anfitriona de uno de estos AGNs de tipo "Narrow Line Seyfert 1" es una galaxia elíptica (D'Ammando et al. 2017 MNRAS Letters).

Universo local/cercano:

• El proyecto "ISLAndS", que obtuvo 111 órbitas con el telescopio espacial Hubble para estudiar una muestra de galaxias esféricas de M31, ha permitido obtener la historia de formación estelar de estas galaxias con una resolución temporal de ~ 1 Giga-año a edades antiguas (Monelli et al. 2016; Skillman et al. 2017).
• Un equipo científico liderado por el IAC encontró una forma precisa de medir la tasa de formación estelar en las galaxias utilizando el rango de frecuencias de radio entre 1 y 10 GHz (Tabatabaei et al. 2017, ApJ).
• Medida de los movimientos orbitales de prácticamente todos los satélites de galaxias enanas alrededor de la Vía Láctea (Fritz et al. 2018) y búsqueda de nuevos satélites de la Gran Nube de Magallanes (Fritz et al. 2019).
• Descubrimiento del nacimiento de la Vía Láctea mediante edades estelares precisas con datos de Gaia (Gallart et al. 2019, Nature Astronomy).
• Colaboraciones internacionales de espectroscopia 3D (por ejemplo, CALIFA, MaNGA, MUSE) describieron la cinemática estelar (Falcón-Barroso et al. 2017) y la relación entre la tasa de formación estelar y la metalicidad en fase gaseosa de las galaxias cercanas (Menguiano et al. 2018, 2019).
• Se ha demostrado la naturaleza de "reliquia" de la galaxia compacta NGC1277 basándose en la distribución de colores de sus cúmulos globulares (Beasley et al. 2016, Nature).
• Se han desarrollado dos nuevos métodos basados en las propiedades de las estrellas variables RR Lyrae para utilizarlas como indicadores de los primeros eventos de formación estelar en las galaxias y para estudiar la historia de formación temprana de los halos estelares de la Vía Láctea (Martínez-Vázquez et al., 2016; Fiorentino et al. 2017).
• Las observaciones espectroscópicas profundas del grupo de galaxias Abell 2151, realizadas con AF2/WYFFOS en el WHT, permitieron identificar 360 galaxias miembros del cúmulo (Agulli et al. 2017 MNRAS).
• Se han publicado nuevos modelos de población estelar basados en bibliotecas estelares empíricas que cubren el rango de longitudes de onda de 0,16 a 50 micras (Vazdekis et al., 2016). 

Universo distante:

• Observación con ALMA de polvo interestelar en una de las galaxias más lejanas conocidas (Laporte et al. 2017, ApJ Letters).
• Descubrimiento de un disco de gas frío molecular muy grande en una galaxia de un protocúmulo a z~2 (Dannerbauer et al. 2017).
• Detección con ALMA de galaxias con brotes estelares a z~4 (Oteo et al. 2016, 2018).
• Estudios de microlentes concluyeron que las ondas gravitacionales detectadas por el experimento LIGO procedían de agujeros negros generados en el colapso de estrellas y no en agujeros negros primordiales del universo primitivo (Mediavilla et al. 2017, ApJ Letters).
• Un equipo internacional liderado por investigadores del IAC ha descubierto una de las galaxias distantes no activas más brillantes conocidas hasta la fecha. El descubrimiento de BG1429+1202, a 11.400 millones de años luz, ha sido posible gracias al efecto de lente gravitatoria producido por una galaxia elíptica masiva en la línea de visión del objeto (Marques-Chaves et al. 2017 ApJL).
• Se ha encontrado una correlación estadística entre el tamaño del bulbo de las galaxias espirales y el número de galaxias satélites "enanas de marea", restos de la interacción entre galaxias anfitrionas (López-Corredoira & Kroupa 2016, ApJ).
• Un equipo científico internacional en el que participa el IAC ha descubierto que las galaxias más grandes del Universo se desarrollan en nubes cósmicas de gas frío (Emonts et al. 2016, Science). 

Universo débil y oscuro:

• Obtenido con el GTC la imagen más profunda de una galaxia desde la tierra (Trujillo & Fliri 2016, ApJ). La imagen es diez veces más profunda que cualquier otra realizada con telescopios terrestres y permitió detectar el débil halo estelar, que apoya el modelo de formación de galaxias actualmente aceptado.
• Caracterización fotométrica y espectroscópica del contenido estelar y de materia oscura de las galaxias ultradifusas (Di Cintio et al. 2017; Beasley et al. 2016; Trujillo et al. 2019; Ruíz-Lara et al. 2018).
• Un nuevo anillo de Einstein descubierto y sus propiedades físicas analizadas con el espectrógrafo OSIRIS en GTC (Bettinelli et al. 2016, MNRAS Letters).  
• Científicos del IAC han participado en el estudio de una galaxia "renacuajo" observada con el telescopio espacial Hubble, cuyos resultados revelan cómo el gas cósmico desencadena el nacimiento de estrellas en las galaxias. Este proceso, muy difícil de observar, explicaría así la formación de galaxias como la Vía Láctea (Elmegreen et al. 2016, ApJ).

Simulando el Universo:

• La simulación cosmológica de última generación EAGLE publicada (McAlpine et al. 2016) y APOSTLE que simula los alrededores de una galaxia típica de la Vía Láctea (Sawala et al. 2016) ofrecen una solución al misterioso problema de los satélites perdidos.
• Un algoritmo desarrollado por el investigador del IAC Sebastián Hidalgo para analizar datos sobre la formación de estrellas en el Universo, ha sido seleccionado para ejecutarse en el evento de computación internacional “Global Azure Bootcamp 2017”.

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