Cinemática estelar espacialmente resuelta y flujos radiales de gas molecular en las regiones nucleares de galaxias luminosas en el infrarrojoSpatially-resolved stellar kinematics and radial molecular gas flows in the nuclear regions of Luminous Infrared Galaxies

Resumen

Desde su descubrimiento, las galaxias luminosas y ultraluminosas en el infrarrojo (U/LIRGs, por sus siglas en inglés) han sido objeto de numerosos estudios debido a su característica e intensa tasa de formación estelar (SFR, por sus siglas en inglés). Estos objetos son el laboratorio perfecto para estudiar en detalle los procesos físicos y dinámicos que rigen la creación de estrellas y, por tanto, son críticos para la evolución de las galaxias. Además, aunque estas galaxias no son comunes en el Universo local, son la población dominante de la densidad de energía a z > 1, lo que las convierte en fundamentales para conocer cómo era el Universo hace más de 8 mil millones de años. Los estudios cinemáticos del gas en LIRGs han descubierto una amplia gama de estados dinámicos, desde movimientos propios de un disco en rotación hasta otros más complejos impulsados por interacciones gravitatorias. También cabe destacar que los intensos estallidos de formación estelar y la presencia de núcleos activos (AGN, por sus siglas en inglés) en estos objetos inducen eyecciones de gas masivas. En este escenario, la componente estelar es de gran relevancia, ya que las estrellas son un mejor trazador del potencial gravitatorio al ser menos reactivas a eventos que puedan perturbar su cinemática. Sin embargo, la cinemática de la componente estelar en LIRGs sigue siendo una gran desconocida debido a la dificultad de obtener suficiente señal para observar el continuo estelar y sólo se ha podido estudiar para un pequeño número de objetos, generalmente a partir de los espectros integrados nucleares. Este proyecto de tesis presenta, por primera vez, el estudio cinemático de una muestra de 10 LIRGs locales basado en datos de espectroscopía de campo integral obtenidos en las bandas H y K del instrumento VLT/SINFONI. Este trabajo supone un avance significativo en la comprensión de la cinemática estelar en LIRGs, siendo un estudio sin precedentes en cuanto a la combinación de número de objetos y campo de visión observado. El análisis de los mapas cinemáticos, extraídos mediante el ajuste del continuo estelar, revelan que nueve de los diez objetos estudiados presentan una cinemática compatible con un disco en rotación. Comparando con la componente gaseosa, observamos que las estrellas giran más lentamente y en discos más gruesos que el gas ionizado y molecular caliente. A pesar de esta diferencia, las masas dinámicas calculadas en las zonas nucleares con ambas fases son similares, validando uso de la cinemática del gas en los objetos en los que es imposible obtener la cinemática estelar. Asimismo, en esta tesis se aborda el análisis del potencial gravitatorio en 9 LIRGs locales y el impacto de su evolución secular en la dinámica de la componente gaseosa. Concretamente, se investiga la relevancia de estos procesos en los movimientos radiales del gas molecular frío, que podrían ser uno de los contribuyentes clave para alimentar los procesos de formación estelar en estos objetos. Este estudio sigue, por primera vez en LIRGs, la metodología previamente aplicada a las galaxias espirales locales que albergan un AGN. Concretamente, el potencial gravitatorio se calcula con la densidad superficial de masa estelar, trazada con imágenes del infrarrojo cercano (NIC2/F160W y NACO/Ks). De estos potenciales se derivan los torques gravitacionales inducidos y se estudia el movimiento radial del gas molecular en las zonas nucleares de estos objetos, trazado con la línea de emisión CO(2-1) obtenida con ALMA. Este análisis revela que las estructuras estelares (barras y brazos espirales) inducen movimientos radiales en el gas molecular ("inflows" y "outflows") de hasta 20 masas solares por año. El análisis de los torques y de las tasas de flujo de masa revela que las LIRGs locales presentan valores muy similares a lo encontrado en galaxias espirales normales, sin una dependencia clara con la SFR.