Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades Gobierno de Canarias Universidad de La Laguna CSIC Centro de Excelencia Severo Ochoa

Proyectos de investigación astrofísica

El Universo Local

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Evolución Galáctica en el Grupo Local (P/301204)

GIUSEPPINA BATTAGLIA

Tomás Ruiz Lara, Antonio Javier Dorta Lorenzo, Tobias Karl Fritz, Matteo Monelli, Carme Gallart, Ricardo Carrera Jiménez, Lara Monteagudo Narvión, Luis Cicúendez Salazar, Salvatore Taibi

Colaboradores del IAC: Michael A. Beasley, Chris Brook, Jesús Falcón Barroso, Arianna Di Cintio

 E. Bernard, V. Hill (Obs. De la Cote d’Azur, Nice, France); G. Bono (U. Roma Tor Vergata, Italia); S. Cassisi (INAF, O. Téramo, Italia); C .Martínez Vázquez (CTIO, Chile), M. Bellazzini, G. Fiorentino (INAF, O. Bologna, Italia); F. Fraternali, C. Nipoti (U. Bologna); M. Dall'Ora (INAF-OA Capodimonte); E. Pancino (INAF - Arcetri); I. Pérez (U. Granada); M. Rejkuba, F. Primas (ESO, Alemania); E. Skillman (Univ. Minnesota, EEUU); P.B. Stetson (DAO, Canadá); A. Walker (CTIO, Chile); M. Zoccali (PUC, Chile); D. Nidever, K. Olsen (NOAO, USA); A. Monachesi (MPA, Alemania); M .Irwin, V. Belokurov, S. Koposov (IoA, Cambridge, UK); A. McConnachie (NRC Herzberg, BC, Canada); E. Tolstoy (Kapteyn Astronomical Institute, NL); R. Leaman, G. van de Ven (MPIA, Germany); P. Jablonka (EPFL, CH); M. Shetrone (MacDonald Observatory, USA); O. González (STFC, UK); J. Bermejo-Climent (IASF, Bologna, I), R. Carrera, L. Monteagudo.

 Introducción

La formación y evolución de galaxias es un problema fundamental en Astrofísica. Nuestro proyecto se propone estudiar la formación y evolución de galaxias usando los ejemplos locales de galaxias que pueden ser resueltas en estrellas y usando técnicas de 'arquelogía galáctica'. Esta disciplina es el principal motor de grandes proyectos como GAIA, SDSS, WHT/WEAVE, LSST, VISTA/4MOST, DESI o E-ELT/HARMONI. Esto asegura que la Arqueología Galáctica va a estar en un primer plano de la investigación astrofísica por mucho tiempo.

Debido a su cercanía,  las galaxias del Grupo Local se pueden resolver en estrellas individuales. Por esta razón, usando los telescopios actuales y un conjunto de técnicas complementarias, se puede estudiar su estado evolutivo en un detalle imposible de conseguir para galaxias más lejanas.  Utilizando fotometría que llegue al turn-off viejo de la secuencia principal es posible derivar su historia de formación estelar y caracterizar su evolución a lo largo de toda su vida. Además, la espectroscopia de estrellas individuales añade información directa sobre la cinemática y las abundancias químicas de las diferentes poblaciones estelares. Para los objetos más cercanos, la astrometría precisa proporciona información sobre el movimiento orbital, e incluso información 6-D completa para determinadas muestras de sus estrellas. Finalmente, las estrellas variables como RR Lyrae y Cefeidas aportan restricciones independientes sobre las edades y metalicidades de las poblaciones a las que pertenecen. Estas observaciones proporcionan información muy valiosa con la que contrastar las predicciones de los modelos cosmológicos de formación y evolución de galaxias.

El Grupo Local contiene unas 80 galaxias de diferentes tipos morfológicos. Entre ellas, las más grandes son galaxias espirales (la Vía Láctea, M31 y M33). Una docena de ellas son de tipo irregular (LMC), o irregulares enanas, y el resto son esferoidales. Así, podemos estudiar galaxias de diferentes tipos morfológicos en un gran rango de masas, desde espirales hasta las galaxias más pequeñas, que nos están incluso haciendo cuestionar el concepto de 'galaxia'.  Además, estamos explotando esta información detallada para valorar la validez y aplicabilidad de las técnicas basadas en espectros de luz integrada, usadas comúnmente para obtener la historia de la formación estelar de galaxias lejanas.

Hitos

Mediante el estudio de las propiedades de pulsación de estrellas de tipo RR-Lyrae observadas en los halos de la Vía Láctea y M31, así como en una muestra representativa de sus satélites, concluimos que una fracción significativa de los elementos básicos que dieron lugar ambos halos (Vía Láctea, ver Fiorentino+2017, A&A; y M31, ver Monelli+ 2017, ApJ) deben ser galaxias enanas masivas similares a las nubes de Magallanes que observamos en la actualidad.

Las propiedades químicas de las partes más externas del halo de la Vía Láctea fueron también exploradas por medio del análisis de 28 estrellas gigantes rojas lejanas. Los resultados se presentaron en Battaglia et al. (2017, A&A) y fueron posibles gracias al estudio datos espectroscópicos en el visible (~100 horas) tomados con VLT/UVES, Magellan/MIKE, HET/HRS. Las abundancias de algunos elementos que presentan las estrellas en las zonas externas del halo de nuestra Galaxia resultaron ser sorprendentemente distintas de aquellas ya conocidas para estrellas en las partes internas del halo. Por otro lado, sí encontramos similitudes con la composición química observada en galaxias enanas cercanas y masivas, como pueden ser Sagitario o la nube grande de Magallanes. Podemos interpretar esto como indicios de que las regiones externas del halo de la Vía Láctea podrían contener los restos de una o más galaxias enanas masivas que fueron devoradas por ésta.

Usando diagramas color-magnitud (DCM) profundos obtenidos en el VLT, hemos obtenido las historias de formación estelar (SFH) de 11 campos localizados en la barra y el disco interno de la nube grande de Magallanes (LMC). Mostramos (Monteagudo+ 2017, ApJ) que dichas SFH presentan los mismos patrones indistintamente del campo, encontrando variaciones en el ritmo de formación de estrellas en función del tiempo similares en todos los casos. Esto nos lleva a concluir que no podemos identificar un evento concreto con la formación de la barra de la LMC, sino que probablemente se formó a partir de una redistribución de material del disco que sucedió cuando el disco se volvió inestable a barras, compartiendo una SFH común con el disco interno a partir de ese momento.

Enmarcado en el proyecto llamado Initial Star formation and Lifetimes of Andromeda Satellites (ISLAndS), que utiliza 111 órbitas del telescopio espacial Hubble para estudiar una muestra representativa de 6 galaxias satélites del tipo dSph en Andrómeda, hemos obtenido las SFH (Skillman+2017, ApJ) y estudiado la población de estrellas variables (Martínez-Vázquez+2017, ApJ) de toda la muestra. Estos estudios muestran los primeros indicios que sugieren que los satélites de M31 presentan SFH distintas a los satélites de nuestra Galaxia, sugiriendo que el efecto que tienen los alrededores más locales en la evolución de galaxias satélite enanas puede jugar un papel importante.

Publicamos los resultados de nuestra fotometría profunda y espacialmente extensa con CTIO/DECam en bandas g y r (llegando a ∼2 mag por debajo del 'turn-off' de la secuencia principal y cubriendo ∼20 deg^2) alrededor de la galaxia enana esferoidal Sextans (Cicuendez et al. 2018, A&A). Se encontró que Sextans es significativamente menos extensa espacialmente y está más concentrada centralmente respecto a lo sugerido por estudios anteriores. No se encontraron distorsiones estadísticamente significativas ni signos de perturbaciones de marea hasta un límite en brillo superficial de ∼31.8 mag/arcseg^2 en banda V. También identificamos una sobredensidad en las regiones centrales de la galaxia que podría corresponder a subestructura(s) cinemática(s) previamente reportadas. Finalmente, de acuerdo con hallazgos anteriores, se encontró que las estrellas viejas y pobres en metales como las de la Rama Horizontal azul cubrían un área mucho más grande que las estrellas en otras fases evolutivas. 

En Kacharov+(2017) estudiamos las propiedades cinemáticas y químicas de la galaxia enana de transición Phoenix por medio de datos espectroscópicos en propiedad de unas 200 estrellas de la rama de las gigantes rojas. Además de obtener por primera vez metalicidades espectroscópicas de una gran muestra de estrellas individuales en este sistema, nos encontramos con la presencia de una rotación prolata en su componente estelar, aspecto muy extraño en galaxias del Grupo Local y sólo encontrado antes en un caso. Dicha rotación prolata, así como la inusual distribución espacial de las estrellas jóvenes en esta galaxia, parece que sugieren la acreción/fusión de Phoenix con un sistema estelar más pequeño. Esto nos lleva a bajar en un orden de magnitud la masa mínima en la que podemos detectar características debido al crecimiento jerárquico de galaxias.

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