The first massive galaxies formed in the Universeselection and characterization of optically faint, infrared-bright galaxies in the first 2 Gyr of the Universe

Resumen

El objetivo último de los estudios de galaxias es lograr una visión completa de la formación y evolución de las galaxias a lo largo de la historia del Universo. Determinar de forma robusta la abundancia de galaxias masivas (e incluso quiescentes) a alto desplazamiento al rojo es esencial para acotar los modelos existentes de formación de galaxias y mitigar la tensión existente entre los modelos y las observaciones. En este sentido, esta tesis doctoral aborda el reto de estudiar el ensamblado de las galaxias masivas añadiendo una nueva población de galaxias con discontinuidad de Balmer (BBG), débiles en longitudes de onda ópticas y brillantes en longitudes de onda más largas, a la población general de galaxias masivas a z > 3. Combinando los datos ultraprofundos del Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) observados en la banda WFC3/F160W del telescopio espacial Hubble y las bandas IRAC de 3.6 y 4.5 ¿m del telescopio espacial Spitzer, hemos desarrollado un procedimiento completo para identificar una muestra de galaxias extremadamente rojas a alto desplazamiento al rojo en los campos GOODS. Esta técnica permite obtener una muestras más completa de galaxias masivas a z > 3. Para comprender mejor a esta nueva población, hemos: (1) definido diagramas de color-magnitud y color-color para alcanzar una mayor comprensión de sus propiedades físicas, (2) derivado sus desplazamientos al rojo en primer lugar y posteriormente otros parámetros físicos relevantes como su masa o su edad mediante la construcción de distribuciones espectrales de energía (SEDs) multi-longitud de onda (3) restringido sus tasas de formación estelar (SFRs) y su contenido de polvo. Para ello, tanto sus SEDs como los conjuntos de datos disponibles de FIR a submm resultan esenciales. También hemos analizado en detalle las propiedades físicas de la población general de galaxias masivas conocidas a z > 3 y evaluado la muestra de BBGs mediante su comparación con una muestra limitada en masa y una muestra seleccionada por color obtenida de los catálogos CANDELS publicados para estos campos. Finalmente, hemos calculado sus densidades numéricas y las hemos comparado con las predichas por las simulaciones existentes. A lo largo de esta tesis, hemos demostrado que un corte en color H-[3.6] unido a los cortes de magnitudes IRAC implica una selección en redshift. Este criterio de selección es también adecuado para desenmascarar el extremo de alta masa de la función de la masa estelar. Nuestra muestra está compuesta por galaxias extremadamente rojas y relativamente brillantes en el IR medio. Por lo tanto, hemos detectado una nueva población de galaxias masivas, rojas y ópticamente oscuras que nos permite proporcionar una muestra más completa de la población general de galaxias masivas a z > 3. Esta población de galaxias masivas distantes puede corresponder a las progenitoras de la mayoría de las galaxias masivas locales. En el contexto del actual paradigma de formación de galaxias, es esencial limitar y confirmar la densidad numérica de las galaxias masivas a alto desplazamiento al rojo, lo que proporcionará información crítica para expandir nuestra comprensión sobre la evolución de las galaxias. La existencia de esta abundante población de galaxias masivas a alto desplazamiento al rojo representa un desafío para los modelos cosmológicos existentes y las simulaciones de vanguardia.