Evolución de las propiedades de galaxias en grupos y cúmulos
Authors:   , Hough Tomás 
Published: September 2022

Las galaxias ubicadas dentro de grupos y cúmulos de galaxias identificados en el Universo local (corrimiento al rojo z ≾ 0.1) presentan tasas de formación estelar más atenuadas, colores más rojos y menos contenido de gas atómico y molecular que galaxias de similar masa estelar ubicadas en ambientes menos densos. Las galaxias se clasifican en centrales o satélites según residan en el pozo de potencial de la estructura en la cual se alojan u orbiten dentro de ella. Para ambos tipos de galaxias, la actividad de formación estelar tiende a disminuir conforme aumenta su masa estelar; en particular, dada una masa estelar fija, este efecto aumenta en satélites que habitan en ambientes más densos. Esta tendencia está determinada por procesos internos que dependen principalmente de la masa estelar, como la retroalimentación energética por núcleo galáctico activo (AGN) y explosiones de supernovas. Además, en las galaxias satélites, la formación estelar se ve afectada por efectos generados por el ambiente en el que residen, como la presión de barrido y fuerzas de marea (llamados efectos de ambiente). En este Trabajo de Tesis abordamos un aspecto fundamental de la formación y evolución de las galaxias: cómo la formación estelar se ve afectada en galaxias que habitan entornos densos, tanto en épocas tempranas del Universo como en el presente. Para ello, utilizamos modelos híbridos de formación y evolución de galaxias que involucran simulaciones cosmológicas de N-cuerpos de materia oscura y modelos semi-analíticos de formación de galaxias. En una primera etapa, estudiamos la distribución espacial de galaxias en proto-cúmulos de galaxias, que conforman las etapas tempranas de la formación de los cúmulos de galaxias. Estas galaxias se caracterizan por tener gran actividad de formación estelar, y son detectadas gracias a las intensas líneas de emisión que presentan, en particular, en Lyα (1216 ˚A) y Hα (6563 ˚A). Para ello, combinamos el modelo semi-analítico Galform con la simulación de N-cuerpos de materia oscura P-Millenium, que contiene 5040<SUP>3</SUP> partículas en una caja de 542.5h-1, Mpc de lado, y posee una resolución de masa de 1x10<SUP>8</SUP> M⊙. Encontramos que, en términos generales, no debe esperarse una diferencia en la distribución espacial de galaxias que presentan l´ıneas de emisi´on Lyα respecto de aquellas que presentan emisión en Hα en los proto-cúmulos de galaxias (Hough, Gurung-Lòpez, Orsi & Cora, 2020). A continuación, nos enfocamos en la actual población de galaxias pasivas (caracterizadas por la baja tasa de formación estelar), explorando la importancia relativa de mecanismos internos o efectos de ambiente en la supresión de la formación estelar, y determinamos las escalas de tiempo involucradas en este proceso. Para ello, combinamos el modelo semi-analítico sag con la simulación de N-cuerpos de materia oscura mdpl2, que consiste en 38403 partículas de materia oscura en una caja de 1 h−1 Gpc de lado, y una resolución de masa de 1.5 × 109 h−1M por partícula. Encontramos que los procesos internos son determinantes en galaxias con masa estelar M* 1010.5M , tanto en galaxias centrales como satélites, siendo principalmente responsable la retroalimentación por AGN que previene el enfriamiento del gas caliente e interrumpe el aporte al reservorio de gas frío que deviene en la formación estelar. Por otro lado, los efectos de ambiente dominan la supresión de la formación estelar en satélites de baja masa (M* ≾ 1010.1⊙ ). El proceso determinante es la presión de barrido ejercida por el medio intra-cúmulo (o intra-grupo) sobre el halo de gas caliente, removiendo así la materia prima del ciclo de formación estelar. La presión de barrido sobre el disco de gas frío ocupa un lugar secundario en la supresión de la formación estelar. Encontramos que las escalas de tiempo involucradas en este fenómeno de supresión presentan una anti-correlación con la masa estelar, en acuerdo con las observaciones. Para las saélites de bajamasa, los tiempos de supresión son de ∼ 4 − 5 Gyr, mientras que para las de alta masa son de ∼ 2 − 3 Gyr. La evolución de la formación estelar de satélites de baja masa es consistente con el escenario demorado-luego-rápido planteado en la literatura; sin embargo, para las de alta masa proponemos un nuevo escenario que describe más adecuadamente la evolución de estas galaxias, al que llamamos \textit{demorado-luego-apagado} (Cora, Hough, Vega-Martínez &; Orsi, 2019). Por último, utilizamos los 324 cúmulos más masivos (y sus entornos) que fueron extraídos de la simulación sc mdpl2, con el objetivo de explorar el vínculo entre las propiedades de las galaxias en entornos densos y su evolución orbital. Clasificamos a las galaxias en 4 submuestras: galaxias que fueron acretadas hace menos y más de 2 Gyr recent infallers y ancient infallers, respectivamente), galaxias que fueron satélites del cúmulo y ahora se encuentran fuera de él (backsplash) y galaxias que nunca fueron acretadas. Encontramos que el contenido de gas caliente, de gas frío y la actividad de formación estelar dependen de la posición que la galaxia ocupa en el diagrama de fases. Las ancient infallers tienen bajas velocidades y se encuentran cerca del centro del cúmulo, prácticamente no poseen gas caliente ni frío debido a la acción prolongada de la presión de barrido sobre estas componentes gaseosas, y no presentan formación estelar. Las recent infallers ingresan al cúmulo a altas velocidades, pero conservan una alta proporción de gas caliente y frío, aún aquellas que se acercan a la región central y han experimentado un pasaje por el pericentro, y presentan una moderada actividad de formación estelar. Las backsplash sólo han experimentado los efectos de ambiente durante 2 Gyr y aquellas que pierden su contenido de gas y la capacidad de formar estrellas sufren una combinación de efectos de pre-procesado, que tienen lugar en una etapa previa a ser acretadas, y los posteriores efectos de ambiente que ocurren dentro del cúmulo. Los resultados obtenidos en este Trabajo de Tesis constituyen un importante aporte al entendimiento de cómo se distribuyen las galaxias que tienen una fuerte actividad de formación estelar en el Universo temprano, y cómo los procesos internos y externos afectan a la formación de estrellas en galaxias que habitan entornos densos en el Universo local.