Lyman-alpha emitters in cosmological volumes

Resumen

Esta tesis estudia cómo los complejos procesos de transferencia radiativa que sufren los fotones Lyman-alfa dentro de nubes de hidrógeno neutro determinan la función de selección de muestras de galaxias detectadas por su flujo en Lyman-alfa. Es de gran importancia la descripción cuántica del átomo de hidrogeno. Este formalismo predice que el átomo de hidrogeno presenta una estructura discreta de nivele de energía, el cual explica las diferentes líneas de emisión encontradas en el espectro del hidrógeno, y en particular Lyman-alfa. La mecánica cuántica también predice que la probabilidad de interacción entre un fotón Lyman-alfa y un átomo de hidrógeno es muy elevada. Esto causa que cuando uno de estos fotones entra en una nube de hidrogeno neutro, este es absorbido y reemitido constantemente, cambiando su frecuencia y dirección en cada interacción. De esta manera, la longitud de la trayectoria de los fotones Lyman-alfa se incrementa, lo cual hace esta radiación muy sensible a mecanismos de destrucción, como el polvo. La transferencia radiativa de fotones Lyman-alfa tiene un impacto directo en la función de selección de muestras de galaxias detectadas por su flujo en Lyman-alfa. Dentro de las galaxias, esta radiación es generada in los calientes alrededores de estrellas jóvenes. Inmediatamente después, los fotones Lyman-alfa entran en el frío medio interestelar rico en polvo, parcialmente compuesto de hidrogeno, donde la radiación Lyman-alfa es fácilmente atenuada por granos de polvo. Esto causa que muestras seleccionadas por Lyman-alfa están principalmente formadas por galaxias con baja metalicidad y de masa intermedia. Después de escapar de su galaxia original, los fotones Lyman-alfa que quedan entran en el frío medio intergaláctico, poblado principalmente por hidrógeno atómico, donde los procesos de transferencia radiativa continúan. Esto causa que la función de selección de muestras basadas en la detección de Lyman-alfa dependa de las propiedades a gran escala del medio intergaláctico. En particular, los entornos con menor densidad de hidrógeno neutro son más transparentes a esta radiación. Adicionalmente, si la galaxia emisora y el gas a lo largo de la línea de visión se distancian el uno del otro, los fotones Lyman-alfa son recibidos por los átomos de hidrógeno neutro corridos a longitudes de onda mas rojas. Esto baja el numero interacciones y aumenta la transmisión. De esta manera, galaxias en las que se detecta radiación Lyman-alfa tienden a habitar en entornos de baja densidad en las que es mas probable que la galaxia se este alejando del medio intergaláctico que las rodea. Esto tiene un impacto directo in la distribución espacial de esta población de galaxias. Esto es de crucial importancia para futuros cartografiados astronómicos que usaran este tipo de galaxias para estudiar la cosmología del Universo. En algún momento durante la evolución del Universo, las primeras estrellas y galaxias nacieron rodeadas de un frío y neutro medio intergaláctico. La radiación energética que escapaba de las galaxias creo pequeñas burbujas de gas ionizado al rededor de estas. Poco a poco el tamaño de estas burbujas fue creciendo, hasta que estas se empezando a solapar y cubrieron todo el Universo. Este lapso de tiempo es conocido como la época de reionización del Universo. Durante este periodo, el acoplamiento entre el medio intergaláctico y su transmisión a radiación Lyman-alfa se vuelve muy fuerte. En primera aproximación, mientras que la radiación Lyman-alfa no puede escapar de las regiones neutras, las regiones ionizadas son transparentes. De esta manera, la distribución de galaxias detectadas con emisión Lyman-alfa se asemeja a la topología del hidrógeno neutro e ionizado en el Universo. Como consecuencia, la disposición en el cielo de galaxias seleccionadas por su flujo en Lyman-alfa durante esta época es una gran herramienta para determinar la historia de reionización del Universo.