Las regiones externas de las galaxias contienen múltiples pistas sobre los procesos de
formación que dieron lugar a los distintos tipos morfológicos observados en la actualidad
y su evolución. Sin embargo, el análisis del Universo a bajo brillo superficial esta limitado
por la profundidad de las imágenes actuales y la presencia de diversos tipos de efectos
sistemáticos; efectos de proyección, contaminación por función de dispersión de punto
(PSF), sobre-substracción de nivel de cielo, entre otros. En esta tesis doctoral nos
centramos en el estudio de las propiedades de las partes externas de las galaxias de disco,
combinando simulaciones, modelos y observaciones con nuevos métodos y herramientas
estadísticas para evitar efectos sistemáticos.
En la primera parte de esta tesis (Borlaff et al. 2016) nos centramos en el efecto
del incremento de la escala vertical de disco como función del radio galáctico sobre los
perfiles de brillo superficial de galaxias de canto. Este fenómeno (llamado flaring) ha sido
detectado en el disco estelar de simulaciones de galaxias y en galaxias reales, incluyendo
la propia Vía Láctea. Mediante el uso de modelos de galaxias 3D realistas basados en
observaciones, demostramos que los flares pueden producir truncamientos en los perfiles
de brillo superficial de galaxias con muy alta inclinación. Por otro lado, los flares no
producen ningún efecto en galaxias a baja inclinación, lo cual explica parcialmente la
relativa alta frecuencia de detección de truncamientos en galaxias de canto. Además,
nuestros modelos reproducen la distribución del cociente entre la escala de disco interna
y externa al truncamiento (Martín-Navarro et al. 2012), previamente asociada a una
caída brusca en la tasa de formación estelar. Finalmente, observamos que los flares
explican la caída en la intensidad de los truncamientos a mayores distancias del plano
galáctico observada por Pohlen et al. (2007) y Martinez-Lombilla et al. (2018).
En Borlaff et al. (2017, 2018) analizamos las propiedades de los discos antitruncados
de galaxias lenticulares a distancias cosmológicas. El objetivo es comprobar si las
relaciones de escala en estructura y fotometría descubiertas previamente en Borlaff et al.
(2014) en galaxias lenticulares con perfil Tipo III a z = 0 son compatibles con una
muestra de objetos del mismo tipo fuera del Universo local. En Borlaff et al. (2017)
identificamos una muestra de galaxias de la secuencia roja en el campo cosmológico
GOODS-N, clasificándolas morfológicamente por su forma aparente, perfil de brillo
superficial y la tasa de formación estelar (SFR). Después, descomponemos y corregimos las
imágenes de efectos de PSF. Generamos perfiles de brillo superficial y los clasificamos
en los distintos subtipos mediante el uso de herramientas estadísticamente robustas
desarrolladas por nosotros con este objetivo. Finalmente identificamos 14 galaxias S0 con
perfiles Tipo III a 0.2 < z < 0.6.
En el segundo articulo de la serie (Borlaff et al. 2018), analizamos las propiedades
estructurales y fotométricas de los discos antitruncados de esta muestra, comparándolas
con una muestra de objetos del mismo tipo en el Universo local. Los resultados mues-
tran que la estructura general de los discos antitruncados en galaxias lenticulares no ha
cambiado significativamente desde 0.4 < z < 0.6, aunque su brillo en la banda R ha
disminuido en ∆μ ∼ 1.5 mag arcsec −2 desde z ∼ 0.6. Comparamos los resultados con
una red de evolución de modelos de población estelar única (SSP) con el objetivo de
obtener una estimación sobre la época de formación de la población estelar dominante
en las galaxias S0 Tipo III. Los modelos muestran que, si la historia de formación estelar
(SFH) de las S0 Tipo III puede aproximarse como un único brote de población estelar,
este brote tuvo que tener lugar a z < 1.2. En cualquier otro caso, la SFH debe ser más
extendida en el tiempo o presentar diversos brotes de formación estelar.
El último capítulo de la tesis esta dedicado a las observaciones en infrarrojo cercano
(NIR) del Campo Ultra Profundo de Hubble (HUDF). Para continuar el análisis de las
partes externas de galaxias de disco hacia rangos mayores de desplazamiento al rojo
son necesarias observaciones en el rango espectroscópico del NIR. Sin embargo, el limite
de brillo superficial de la mayor parte de las exploraciones desde telescopios en tierra
o espaciales esta dominada por efectos sistemáticos, en lugar del cociente de señal a
ruido. Los efectos de sobre-sustracción de cielo, contaminación de PSF, persistencia en
el NIR y residuos de corrección de campo plano generan desviaciones irreversibles en
los mosaicos finales y por lo tanto en los resultados científicos. Mitigar estos efectos
requiere un tratamiento cuidadoso y robusto de las exposiciones individuales. Se ha
observado que la estructura de bajo brillo superficial de los mosaicos de HUDF obtenidos
usando la cámara WFC3/IR del Hubble Space Telescope (ver XDF, Illingworth et al.
2013; HUDF12, Koekemoer et al. 2013) fue significativamente sobre sustraída durante el
proceso de reducción de los datos. En Borlaff et al. (submitted) probamos una serie de
técnicas para mejorar el proceso de reducción de datos de WFC3/IR en el HUDF. Estos
métodos incluyen auto-calibración de campo plano, corrección de persistencia, corrección
de gradientes residuales y ajuste del nivel de cielo relativo de las exposiciones, así como
combinación robusta de las imágenes. Como resultado de estas mejoras, recuperamos la
estructura externa de las galaxias presentes en los mosaicos, aumentando la profundidad
de las imágenes debido a la reducción de los efectos sistemáticos. La nueva versión de
los mosaicos NIR del HUDF preserva mejor las propiedades de los objetos a todas las
escalas angulares y de intensidad, permitiendo de esta manera el estudio del Universo a
bajo brillo superficial mediante todas las técnicas actuales y propuestas.