The molecular and ionized gas content of low and high redshift galaxies : understanding the mechanisms regulating star formation
Fecha
2022-01
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Profesor Guía
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Thesis
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Universidad de Valparaíso
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Departamento o Escuela
Facultad de Ciencias. Instituto de Física y Astronomía
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Resumen
La mayor parte de las estrellas nacen dentro de nubes de gas molecular denso y frio y durante la mayor parte de sus vidas procesan hidrógeno en elementos más pesados. Mientras envejecen, depositan estos metales en sus alrededores. Las estrellas más masivas pueden terminar sus vidas con violentas explosiones liberando aún más metales al medio interestelar (ISM). Este material no sólo está contenido en el ISM sino que puede mezclarse con el medio circumgaláctico (CGM) inclusive puede alcanzar el medio intergaláctico (IGM). Al estudiar los contenidos de gas neutro e inonizado de las galaxias, así como su relación con eventos que extinguieron o detonaron la formación estelar, podremos entender mejor los mecanísmos que controlan el crecimiento de las galaxias.
La señal proveniente del gas localizado en el ISM y CGM es muy débil para poder ser detectada en objetos individuales, por lo que se adoptó un análisis de stacking para reducir el ruido estadístico y poder detectar estas señales. Así, se desarrolló la herramienta VSAT (Valparaíso Stacking Analysis Tool) para seleccionar, pre-procesar y combinar espectros de datos observacionales provenientes de VIMOS y ALMA. VSAT se usó para analizar los gases molecular e ionizado en dos muestras de galaxias pertenecientes a los catálogos: Valparaíso ALMA/APEX Line Emission Survey (VALES) y Vimos Ultra-Deep Survey (VUDS).
Se analizaron las líneas de emisión de los isotopólogos de la mólecula 12CO(1 − 0): 13CO(1 − 0) y C18O(1 − 0) (con frecuencias en reposo: ν12 CO(1-0) = 115.271 GHz, ν13 CO(1-0) =110.201 GHz, y νC18 O(1-0) = 109.782 GHz, respectivamente) en galaxias con formación estelar (star-forming galaxies (SFG)) a bajo corrimiento al rojo (redshift). Para ello se seleccionó una muestra de 27 SFG con redshifts en el intervalo 0.02 < z < 0.2, pertenecientes al catastro de galaxias VALES. Se encontró que aquellas galaxias con evidencias de fusión entre galaxias (mergers) muestran una razón de luminosidades L (12CO )/L (13CO) mayor hasta por un factor de 2 en comparación con galaxias sin evidencias de mergers. Galaxias con altas luminosidades en el infrarrojo (LIR), altas tasas de formación estelar (SFR) y altas eficiencias (SFE) también muestran variaciones similares. Se encontró que galaxias con altas LIR, SFR y SFE muestran una razón de luminosidades L (13CO )/L (C18O) bajas con L (12CO )/L (13CO) alta. Lo anterior sugiere que estas tendencias son producidas por un enriquecimiento selectivo del ISM producido por estrellas masivas en brotes de formación estelar jóvenes.
Adicionalmente, se estudió la distribución de metales en el CGM alrededor de star-forming galaxies a través de una muestra de 238 pares de galaxias a alto redshift (2< z <6) pertenecientes al catálogo VUDS. Esta muestra se usó para detectar líneas de absorción de baja (LIS: Si II−λ1526.7, C II−λ1334.4) y alta ionización (HIS: Si IV−λλ 1393.8-1402.8, C IV−λλ 1548.2-1550.8 ), para así determinar la distribución de metales en el CGM de estas galaxias. Se detectaron LIS (CII y SiII) y HIS (SiIV, CIV) con separaciones de hasta (b) = 172 kpc y 146 kpc, respectivamente. La dependencia radial de los anchos equivalentes (W0) de estas líneas se muestran como una envolvente superior a los valores W0 de galaxias a bajo redshift. Además, se encuentra una correlación entre CII y CIV y la tasa de formación estelar y la masa estelar, así como tendencias con el tamaño de las galaxias estimado por el radio efectivo (reff) y el ángulo azimutal (φ). Se detectaron absorciones que son más prominentes en las regiones externas de estas galaxias. Esto se explica por flujos (outflows) de gas ionizado en galaxias de alta masa y con tasas de formación estelar mayores capaces de proyectar el gas a grandes distancias o bien por campos de radiación UV capaces de ionizar, inclusive a grandes distancias, el gas de estas galaxias. Estos resultados sugieren un escenario donde afluentes (inflows) de gas de baja ionización entran a través del disco galáctico proveyendo el combustible necesario para sostener nuevos brotes de formación estelar (starburst). Estos episodios podrían producir eventualmente outflows a gran escala a lo largo del eje de rotación de estas galaxias formando outflows bipolares transportando material a las regiones externas.
Este trabajo demuestra que es posible detectar las señales débiles provenientes del gas ionizado y molecular de star-forming galaxies, utilizando un análisis de stacking. En ambos casos, no se han reportado detecciones (emisión y absorción) individuales a estos corrimientos al rojo. Por tanto estos resultados llevan al límite las capacidades observacionales actuales de este tipo de detecciones.
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Auspiciador
Palabras clave
GALAXIAS, GASES, ESTRELLAS