Técnicas experimentales para el estudio de galaxias distantes con instrumentación puntera de GTC

Resumen

Durante las últimas décadas, la astronomía observacional ha experimentado una revolución debido tanto a la construcción de telescopios cada vez más grandes que nos permiten observar objetos más lejanos y débiles, como a los avances tecnológicos que han permitido diseñar instrumentos muy precisos y potentes. El Gran Telescopio Canarias (GTC) es actualmente el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo y está equipado con instrumentos científicos de última generación que, en conjunto, ofrecen una amplia variedad de modos de observación. Esta combinación de gran área colectora e instrumentación avanzada es clave para abordar los retos astronómicos actuales. En esta tesis exploramos las capacidades y prestaciones de los principales instrumentos de GTC empleando diferentes modos de observación (fotometría de banda estrecha en el infrarrojo cercano, espectroscopía de rendija larga en el infrarrojo cercano y en el óptico, espectroscopía multiobjeto en el infrarrojo cercano, y espectroscopía de campo integral en el óptico) para proporcionar información sobre la población de galaxias a alto desplazamiento al rojo (z). Es importante destacar que los instrumentos modernos generan una enorme cantidad de datos complejos que los astrónomos tienen que procesar antes del análisis científico, lo que requiere un gran esfuerzo de calibración. Por ello, desarrollamos e hicimos públicos en GitHub, los códigos de Python empleados para la calibración de diferentes conjuntos de datos de los instrumentos CIRCE, EMIR, OSIRIS y MEGARA del GTC. Los principales objetivos de esta tesis son: (1) la identificación de varios casos científicos relacionados con fuentes lejanas para explorar tanto el potencial como las posibles limitaciones de los diferentes modos de observación de cada instrumento del GTC, (2) el desarrollo de técnicas y métodos experimentales para el tratamiento de cada conjunto de datos específico, y (3) la implementación de la política de ciencia abierta, proporcionando la metodología y códigos necesarios para que nuestro trabajo sea accesible y fácilmente reproducible. Los casos científicos presentados en esta tesis abordan proyectos desafiantes que van desde la búsqueda de emisores Lyman-alpha a z = 9.3, al estudio de muestras de galaxias de baja masa con formación estelar en torno a z = 1, la caracterización de un particular blazar a z = 3.6, y el estudio espacialmente resuelto de una galaxia local clasificada como potencial análoga a las galaxias de la época de la reionización. Estos proyectos condujeron a (1) la derivación de restricciones observacionales en la función de luminosidad Lyman-alpha a z = 9 utilizando CIRCE; (2) la caracterización del modo multiobjeto de EMIR y la identificación de los graves problemas de sensibilidad del detector actual; (3) el descubrimiento del primer emisor en rayos gamma de tipo BL Lacertae a un z mayor que 3 combinando los instrumentos EMIR y OSIRIS; (4) la identificación de variaciones espaciales en las propiedades físicas de una galaxia análoga a las primeras galaxias, y el desarrollo de un código para la estimación de las incertidumbres aleatorias con datos de MEGARA. Los principales resultados pueden encontrarse en Cabello et al. (2022), Paliya et al. (2020), y Cabello et al. 2023 en prep. Además, los hallazgos de esta tesis refuerzan los científicos presentados en Salvador-Solé et al. (2022) y Garzón et al. (2022). En conclusión, esta tesis explora y proporciona los métodos y técnicas para realizar un cuidadoso procesado y análisis de los datos tomados con diferentes instrumentos del GTC en sus múltiples modos de observación. Los códigos desarrollados en este trabajo se han puesto a disposición pública, y la metodología puede transferirse fácilmente a cualquier instalación en el infrarrojo cercano y óptica, lo que convierte a este documento en un marco de referencia para los futuros instrumentos que se montarán en los telescopios de próxima generación.