Understanding the Role of the Environment in the Quenching of Galaxies)
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Universidad de Concepcion´ Direccion´ de Postgrado Facultad de Ciencias F´ısicas y Matematicas´ Programa de Doctorado en Ciencias F´ısicas Rol del Ambiente en el Cese de la Formacion´ Estelar en Galaxias. (Understanding The Role of the Environment in the Quenching of Galaxies) Tesis presentada para optar al grado academico´ de Doctor en Ciencias F´ısicas Daniela Estefan´ıa Olave Rojas Marzo 2019 Concepcion´ - Chile Profesor Gu´ıa: Ricardo Javier Demarco Lopez´ Departamento de Astronom´ıa Facultad de Ciencias F´ısicas y Matematicas´ Universidad de Concepcion´ Dedicada a Teresita, Alejandro, David y Felipe por su infinito amor y apoyo durante todos estos a˜nos iii Agradecimientos Este trabajo representa el punto final de mi carrera estudiantil, la cual comenzo´ hace ya 25 anos˜ durante mi primer d´ıa de clases en el kinder D de “Las Concentradas”. Los ultimos´ 12 anos˜ de este largo recorrido se han escapado a todo pronostico´ de lo que alguna vez pense´ ser´ıa mi carrera estudiantil, pero sin duda han sido 12 anos˜ de infinito aprendizaje tanto profesional como personal. Es por esto, que quiero agradecer a todas las personas que de una forma u otra me han ayudado a que este recorrido haya sido mas´ llevadero. En primer lugar, quiero agradecer a Felipe, quien ha sido mi companero˜ de vida du- rante ya 13 anos,˜ quien decidio´ tomar mi mano y nunca mas´ soltarla, quien me ha im- pulsado a alcanzar todas las metas que me he propuesto, quien ha cuidado de mi con su inmenso amor. Felipe, nunca me cansare´ de agradecerte por tu infinito amor, te amo, y como te dije alguna vez, recuerda que la aventura nos aguarda. Agradezco a Teresita, Alejandro y David, mis padres y hermano, quienes han estado presente durante toda mi vida apoyandome´ incondicionalmente, por darme el apoyo y la confianza para ir a cazar todos mis suenos˜ y volver a casa cada vez que ha sido necesario. Mama,´ gracias por tu amor incondicional, por tu paciencia en los momentos mas´ cr´ıticos de este camino y por todo lo que me has ensenado.˜ Papa,´ gracias por haberme dado todo en la vida y mas,´ gracias por entenderme incluso sin palabras, gracias por estar ah´ı silenciosamente. David, eres el mejor hermano que podr´ıa haber tenido, muchas gracias por estar incondicionalmente para mi, a pesar de que vivas al otro lado del charco, eres mi modelo a seguir, cuando grande quiero ser como tu´ jaja. Teresita, Alejandro y David, los amo profundamente, gracias por la gu´ıa que me han dado durante toda mi vida y por amarme tal como soy sin condiciones. Quiero agradecer a Ricardo Demarco, mi supervisor, por haber confiado en mi y apo- yarme incluso antes de conocernos personalmente. Gracias Ricardo por guiarme en estos ultimos´ 4 anos˜ de mi carrera estudiantil, por conseguir todo lo que he necesitado y por apoyar mis decisiones. Sin duda tu apoyo ha sido fundamental para haber concluido este proceso de la mejor manera posible, el cual no ha estado exento de contratiempos. Tambien´ quiero agradecer a Pierluigi Cerulo, mi otro supervisor, quien me ha dado apoyo cient´ıfico y sicologico´ cada vez que me ha hecho falta durante el desarrollo de esta Tesis. Pierluigi, muchas gracias por todas tus ensenanzas,˜ consejos, correciones y gu´ıa. iv Sin tu apoyo este trabajo no hubiese sido tan facil,´ muchas gracias por todo. Agradezco a los amigos que la vida me ha dado, los cuales son parte de mi familia. Comienzo por agradecer a Carlos y Camila B., mis compadres, quienes han estado siem- pre presente cuando los he necesitado, muchas gracias por confiar en m´ı al haberme es- cogido como la madrina de Vicente a pesar de mi traslado constante por distintas ciudades del pa´ıs para lograr este objetivo. Camila S., nos conocemos hace 26 anos,˜ hemos com- partido una vida juntas y espero seguir sumando anos,˜ gracias por estar ah´ı. Francisco, a ti te conozco hace menos anos˜ (solo´ 12 jejeje), pero eres mi gran amigo, siempre te agradecere´ por el apoyo que me diste cuando hice el Mag´ıster y almorzabamos´ “juntos” para que no me sintiera sola. Claudia, muchas gracias por tu amistad cuando mas´ falta me ha hecho, lo nuestro fue una amistad a primera vista jajaja. Javier, no compartimos la sangre, pero eres el hermano que escog´ı, gracias por estar siempre ah´ı y por ser parte de mi vida, a pesar de la distancia. Marco, sufrimos junto este camino llamado Doctorado desde dos areas´ de la f´ısica diferentes, muchas gracias por haber hecho terapia´ sicologica´ conmigo cada vez que algo nos aterraba. Gracias a mis suegros A´ıda y Cristian, primero por haberme “dado” a Felipe y por haber aceptado que se fuera a otra ciudad conmigo. Gracias por apoyarme y enorgulle- cerse de mi en cada paso que doy, gracias por hacerme sentir una hija mas´ con todo el amor que me han entregado durante todos estos anos.˜ Agradezco de manera especial a Sergio Torres, quien fue mi Director de Tesis durante el Mag´ıster, por haberme dado su apoyo y confianza desde el primer momento. Sergio, sabes que no me agradan las demostraciones de afecto publicas,´ pero esto lo vale. Muchas gracias por tu gu´ıa durante mis primeros anos˜ de carrera cient´ıfica, eres un pilar funda- mental en este proceso y sin ti nada de esto hubiera sido posible. Muchas gracias y un abrazo apretado para t´ı jajaja, te quiero mucho. Doy gracias a todas las personas que se cruzaron en mi camino durante estos 8 anos˜ de aprendizaje desde que part´ı a La Serena hasta que me traslade´ a Concepcion.´ Muchas gracias a todas las personas que me extendieron una mano amiga cuando mas´ lo necesite.´ Finalmente, agradezco el apoyo financiero de CONICYT a traves´ de su Beca/Nacional- Doctorado ano˜ 2015 Folio No 21150415, el cual fue fundamental para el desarrollo de esta Tesis. v Resumen El objetivo principal de esta Tesis es entender los efectos de los impulsores exter- nos de la evolucion´ de la galaxias a traves´ del analisis´ de sus propiedades en distintos ambientes. Para abordar este problema, realizamos dos estudios complementarios enfo- cados en el escenario del preprocesamiento de galaxias, el cual sugiere que las galaxias apagan su formacion´ estelar en grupos antes de caer al ambiente del cumulo´ (Zabludoff & Mulchaey 1998, Fujita 2004). El primer estudio aborda el fenomeno´ del preproce- samiento de galaxias desde una perspectiva global, mientras que el segundo estudio lo hace desde una perspectiva local. En la primera parte de nuestra investigacion´ hemos estudiado el efecto del ambiente local en los colores de las galaxias utilizando una muestra de dos cumulos´ de galaxias en z ∼ 0.40, MACS J0416.1-2403 and MACS J1206.2-0847, obtenidos del programa de observacion´ CLASH-VLT (Rosati et al., 2014) y una muestra de galaxias de campo en el mismo desplazamiento al rojo de los cumulos´ obtenida del catalogo´ COSMOS/UltraVISTA (Muzzin et al., 2013). Para estudiar la relacion´ entre los colores opticos´ de las galaxias y el ambiente, el primer paso de nuestro analisis´ fue la identificacion´ de subestructuras en los cumulos´ usando una combinacion´ de metodos´ estad´ısticos y algoritmos de agru- pacion.´ Esta tecnica´ permite la identificacion´ de subestructuras considerando la posicion´ angular de las galaxias y su velocidad peculiar con respecto al centro del cumulo.´ Luego, mediante el uso de la bimodalidad en colores mostrada por la relacion´ color-magnitud sep- aramos las galaxias en azules (con formacion´ estelar) y rojas (sin formacion´ estelar) para estudiar las fracciones de color de galaxias en los cumulos´ y subestructuras en funcion´ de la distancia al centro del cumulo´ o en funcion´ de la distancia al centro de la sobredensi- dad (cumulo´ o subestructura). Este analisis´ muestra que la fraccion´ de galaxias azules en los cumulos´ y en las subestructuras es siempre menor al valor promedio de las galaxias azules en el campo. Ademas,´ encontramos que los cumulos´ y las subestructuras tienen una eficiencia ambiental comparable en la formacion´ de galaxias rojas. Estos resultados sugieren que el preprocesamiento juega un papel importante en la formacion´ y evolucion´ de galaxias rojas en cumulos.´ Debido a que los estudios altamente detallados de las propiedades de las galaxias en grupos con alto desplazamiento al rojo aun´ no son posibles con la tecnolog´ıa actual, la unica´ forma de estudiar los detalles del preprocesamiento en grupos es a traves´ de la obser- vi vacion´ de estructuras en el Universo local. Por esta razon,´ en la segunda parte de nuestra investigacion´ se presenta un detallado analisis´ fotometrico´ y espectroscopico´ de las tres galaxias que componen el grupo Arp 314 (Arp 314-1, Arp 314-2 y Arp 314-3). Mediante la inspeccion´ visual de las imagenes´ opticas´ encontramos que las galaxias del grupo tienen una morfolog´ıa perturbada con signos claros de una interaccion´ gravitacional. Adicional- mente, las imagenes´ sugieren la existencia de regiones de formacion´ estelar, las cuales son confirmadas por la informacion´ espectroscopica´ disponible. Estas regiones se ubi- can principalmente en las colas de marea de Apr 314-1 y sus espectros tienen l´ıneas de emsion´ consistentes con edades jovenes´ (≤ 10 millones de anos),˜ sugiriendo que fueron formadas como una consecuencia de las interacciones entre las galaxias de Arp 314. Me- diante el uso de los espectros de las regiones de formacion´ estelar estimamos el gradiente de metalicidad de Arp 314-1, el cual es mas´ plano que el encontrado en sistemas sin inter- accion.´ Adicionalmente, encontramos que las galaxias en Arp 314 tienen una cinematica´ compleja que sugiere la existencia de flujos de gas los cuales explicar´ıan el gradiente de metalicidad observado.