Defensa de tesis doctoral | Ensamblaje de cúmulos de galaxias y formación de galaxias ultra difusas

Tribunal Especial

Titulares:

Dr. Gian Luigi GRANATO ((INAF - OATS, Italia))

Dra. Cecilia SCANNAPIECO (Dpto. de Física, FCEN, UBA)

Dr. Nelson David PADILLA (IATE – CONICET)

Resumen: Los cúmulos de galaxias son las estructuras virializadas más grandes y masivas que existen actualmente en el Universo. Compuestos por cientos o miles de galaxias, las cuales presentan una enorme diversidad en morfología, tamaño, masa, velocidad, formación estelar, metalicidad, color, etc., son laboratorios ideales para estudiar el proceso de formación y virialización de estructuras en el Universo. Utilizando las simulaciones numéricas cosmológicas Illustris-TNG en el marco del modelo de materia oscura fría con constante cosmológica (𝜦CDM) mostramos que los cúmulos se forman y ensamblan progresivamente tanto mediante la acreción de galaxias individuales (~40%) como en grupos (~60%). Encontramos que la baja dispersión de velocidades (𝝈 ~ 250 km/s) que mantienen estos grupos por algún tiempo (1 - 3 ~ Gyrs) después de haber sido acretados al cúmulo permiten fusiones entre sus galaxias miembro a pesar de que globalmente la dispersión de velocidades del cúmulo sea significativamente más alta (𝝈 ~ 1000 km/s). A medida que un grupo de galaxias cae al cúmulo, la autogravedad del grupo se ve superada por los efectos de marea debido al pozo de potencial gravitacional global del cúmulo diluyendo la posibilidad de asociar cada galaxia al grupo al que pertenecía. Para resolver este problema, desarrollamos un método de detección de subestructuras, basado en información del espacio de las fases proyectado, para ser aplicado a muestras de cúmulos observacionales e intentar reconstruir su historia de acreción y formación. Como ejemplo, aplicamos nuestro identificador de subestructuras al cúmulo Bala (bullet cluster) detectando nuevas subestructuras a lo largo del eje mayor del cúmulo. Estudiando la geometría y cinemática de la colisión principal, encontramos resultados consistentes con estudios anteriores y establecemos límites de confianza del ~70% para la velocidad (entre 2000-4000 km/s) y el tiempo de colisión (≲ 0.5 Gyr). El conjunto de simulaciones Illustris-TNG utilizadas para el desarrollo de esta tesis combinan volúmenes cosmológicos grandes, 50-100 Mpc de lado, con una alta resolución espacial, 𝜺 ~ 300 a 700 pc, y en masa estelar M* ~ 105-6 M⨀. Esto permite estudiar el proceso de formación y ensamblaje de grupos y cúmulos simultáneamente con las propiedades intrínsecas de las galaxias simuladas, tales como masa y tamaño estelar. El análisis de las masas estelares y tamaños muestra que el modelo 𝜦CDM predice naturalmente, es decir sin la necesidad de suposiciones ad-hoc, un población de galaxias extendidas de baja masa estelar, M* ~ 107.5-9 M⨀, y tamaños extendidos Re ≳ 1.5 kpc similares a las (re)descubiertas recientemente y denominadas ultra difusas (UDGs). Estos objetos han suscitado un notable interés tanto en la comunidad observacional como teórica ya que su principal característica es que poseen masas estelares típicas de galaxias enanas pero tamaño característico de galaxias muchos más brillantes, similares a la Vía Láctea. Encontramos que las UDGs se forman preferentemente en halos de momento angular alto en comparación a la población de galaxias enanas de tamaños normales. Además, la detección reciente de una población de UDGs rojas y apagadas en el zonas de baja densidad (campo), donde la población es predominantemente azul y formadora de estrellas, ha despertado el interrogante adicional acerca del mecanismo que les remueve el gas, las enrojece y les apaga la formación estelar. Encontramos que las UDGs rojas y apagadas en el campo se forman a través del mecanismo comúnmente conocido como backsplash, es decir debido a su caída a un cúmulo y su posterior eyección gravitacional del mismo donde pierden su contenido gaseoso, se enrojecen y se apaga su formación estelar. Nuestros resultados muestran la capacidad predictiva del modelo cosmológico 𝜦CDM para dar cuenta naturalmente de diversos mecanismos de formación de galaxias y cúmulos sin la necesidad de realizar un ajuste fino de los principales parámetros en este modelo paradigmático de formación de estructuras en el Universo.