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 (Marín-Franch et al. 2009), sus galaxias satélite (Gallart, Zoccali & Aparicio 2005), y en otras galaxias cercanas como pueden ser, en particular, M33 y las Nubes de Magallanes, 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 rastreos extragalácticos con el Observatorio Espacial Submilimétrico ( 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.  

El grupo de teóricos, creado recientemente y liderado por el investigador de la Fundación Severo Ochoa Claudio Dalla Vecchia, tiene por objeto relacionar las observaciones con la teoría. Además de las colaboraciones internacionales de sus componentes, el grupo 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:

2012

• El IAC participó en el mapa espectroscópico del ESO iniciado con el telescopio de 8m VLT para complementar la misión espacial GAIA en la exploración tridimesional de nuestra galaxia.
• Se utilizaron los sistemas de cúmulos globulares como traza de los efectos ambientales en las enanas de tipo temprano en el cúmulo de Virgo.
• El estudio de la anómala población de cefeidas en la Gran Nube de Magallanes y en la galaxia enana de Leo I sirvió para delimitar los mecanismos de formación y conocer las propiedades de la población progenitora. 
• Se completó el estudio de la relación entre el gas y la formación estelar para las galaxias estudiadas en la muestra de galaxias cercanas del Nearby Galaxies Legacy Survey.
• El espectrómetro GHaFaS Fabry Perot proporcionó nueva información sobre los efectos de la interacción entre galaxias en los procesos de formación estelar y el aporte de Núcleos Galácticos Activos (NGA).
• Mapas extragalácticos: El IAC ha colaborado en el proyecto clave del satélite Herschel (HerMES) y en el mayor Open Time (Herschel- ATLAS). La revista Nature publicó (Page et al.) el papel de los NGA de alta luminosidad en rayos X en la supresión de la formación estelar en las galaxias que los albergan. El IAC participó en la novena publicación de datos del proyecto SDSS-III, una base de datos que incluye más de dos millones de espectros de galaxias, estrellas y quásares y que recoge por primera vez espectros de un buen número de objetos del proyecto BOSS.
• Se ha deducido el tamaño de la Región de Línea Ancha partiendo de medidas de microlensing de las bandas de emisión anchas estudiadas en 16 quásares.

2013

• A finales de 2013 el Telescopio Espacial Hubble ha comenzado su último programa insignia, los “campos frontera”. Este instrumento, junto con Sptizer y Chandra, dedicará buena parte de su tiempo de observación a la observación de seis cúmulos de galaxias que actúan como lentes adicionales y amplifican la luz procedente de fuentes de fondo. Laporte et al. A&A Letters (2014, 562, L8) han analizado las primeras observaciones de los campos frontera del cúmulo de Abell 2744 y han encontrado una galaxia candidata a z=8, una de las galaxias más brillantes detectadas en épocas tan tempranas de la evolución del universo. Este hallazgo viene a demostrar el potencial del Proyecto Campos Frontera del Hubble.
• Se ha presentado una ampliación de la base de datos de evolución estelar BaSTI a metalicidades extremadamente bajas (Z = 0.00001) y metalicidades super altas (Z = 0.05), con distribuciones de elementos pesados tanto a escala solar como con aumento en alfa ([alpha/Fe]=0.4)  (Pietrinferni, Cassisi, Salaris & Hidalgo, 2013, A&A, 558, 46). Este trabajo ayudará a estudiar las poblaciones más pobres en metales de las galaxias enanas débiles del Grupo Local y el componente de mayor metalicidad del bulbo de la Galaxia.
• Se ha encontrado un número inusualmente reducido (10) de estrellas Lyrae RR en un estudio de las estrellas variables de la galaxia irregular Leo A basado en los datos obtenidos por el HST y el mapa ACS. Este hallazgo respalda los resultados de estudios independientes que señalan que, a diferencia de cualquier otra galaxia del Grupo Local, la población vieja de esta galaxia es muy reducida, lo que hace de Leo A un objeto único hasta la fecha (Bernard, Monelli, Gallart et al. 2013, MNRAS, 432, 3047).
• La historia de formación estelar de los tres campos de los discos de la Gran Nube de Magallanes (GNM) ha revelado la existencia de dos períodos principales de formación estelar: uno a edades avanzadas (> 10 Gyr) y otro a edades intermedias y recientes (< 5 Gyr). Su importancia relativa varía con el radio, de tal modo que la proporción de población vieja aumenta al aumentar el radio galactocéntrico. Del mismo modo, la edad de la población más joven se reduce a medida que se reduce el radio galactocéntrico. Este gradiente implica que se registra una drástica caída en la formación estelar del exterior hacia el interior que puede ser resultado bien de una reducción en la cantidad de gas o de una compresión del disco de gas a medida que la presión RAM del halo de la Vía Láctea fue actuando sobre el medio interestelar de la GNM (Meschin, Gallart et al. 2014, MNRAS, 438, 1067).
• Un estudio de la situación dinámica del cúmulo de galaxias Abell 1914 señala que los cúmulos con halos de radio podrían explicarse a través de procesos de fusión (Barrena, Girardi & Boschin 2013, MNRAS 430, 3453).
• Basándose en la imagen del infrarrojo cercano ultraprofunda obtenida con el Campo Ultraprofundo del Telescopio Espacial Hubble han podido detectarse y estudiarse por primera vez las propiedades de los halos estelares de dos galaxias similares a la Vía Látea a z ˜ 1. Estos datos son coherentes con un modelo evolutivo pasivo en el que las poblaciones estelares de los halos a valores elevados de z simplemente se debilitan hasta equipararse a las características estelares de los halos del universo local (Trujillo & Bakos, ApJ 431, 1121).