Resumen de Study of the origin of HI asymmetries of the highly isolated galaxy CIG 96 by means of deep optical and HI observations
Pablo Ramírez Moreta
A lo largo de los años, muchos estudios han abordado las numerosas preguntas surgidas a la hora de intentar entender cómo las galaxias se forman y evolucionan. Este es uno de los campos más estudiados de la astronomía moderna y, a medida que expandimos nuestro conocimiento sobre los diferentes elementos de una galaxia y el papel que todos juegan en su evolución, surgen nuevas incógnitas. Algunas de ellas pueden resolverse con observaciones más profundas y de mayor resolución, que nos permiten detectar los procesos de las diferentes etapas evolutivas en detalle. El proyecto Analysis of the interstellar Medium of Isolated GAlaxies project (AMIGA) busca mejorar nuestra comprensión respecto a la formación y evolución de las galaxias estudiando aquellas que se encuentran en entornos relativamente deshabitados en comparación con otros más densos, incluyendo las galaxias de campo (o field galaxies). AMIGA lleva a cabo un estudio multi-frecuencia de una muestra seleccionada y estadísticamente significativa de galaxias altamente aisladas basada en una versión mejorada del Catalog of Isolated Galaxies (catálogo de galaxias aisladas, CIG). En ausencia de otras compañeras, las galaxias del catálogo CIG constituyen un laboratorio ideal para estudiar la evolución secular. Desde sus inicios, el proyecto AMIGA ha estado investigando los procesos internos y del entorno de estas galaxias así como sus implicaciones en las teorías de formación y evolución galáctica. Este proyecto constituye el marco científico de esta tesis doctoral. Las asimetrías del hidrógeno atómico (HI) de las galaxias suelen estar causadas por la interacción con galaxias cercanas. El proyecto AMIGA ha demostrado que la muestra de galaxias aisladas de CIG tiene los niveles más bajos de asimetría en sus perfiles integrados de HI, comparada con otras muestras, incluso con galaxias de campo. Sin embargo, algunas galaxias aisladas presentan altos índices de asimetría en la distribución de su HI y cuyos orígenes son escasamente conocidos. Con el objetivo de investigar tales orígenes, hemos seleccionado una muestra de 184 galaxias aisladas del catálogo CIG. Entre ellas está CIG 96 (NGC 864), que muestra un 16\% de asimetría en su perfil integrado de HI, representa un caso modelo y es el principal objeto de estudio de esta tesis. Para intentar revelar las causas de su asimetría, hemos llevado a cabo observaciones profundas ópticas con los telescopios CAHA1.23m, CAHA2.2m y VST (con OmegaCAM, su cámara de gran campo). Hemos alcanzado límites en el brillo superficial (SB) de 27.5 mag/arcsec2 (filtro Cousins R) y 28.7 mag/arcsec2 (filtro SDSS r), que muestran en detalle el pseudoanillo externo con zonas de formación estelar. Además, el cubo de datos de HI obtenido de nuestras observaciones con el radiotelescopio VLA/EVLA y tras aplicarle un filtrado por wavelets, nos ha permitido alcanzar una densidad de columna N(HI) de 8.9e18 át/cm2 (5 sigma, con un haz de 28'' x 28''), siendo la más baja alcanzada para una galaxia aislada, hasta la fecha. Hemos confirmado que el HI se extiende más allá de 4 x r25 en todas las direcciones y hemos observado dos nuevas estructuras gaseosas de masa 10e6 masas solares localizadas en los alrededores de la galaxia y que no habían sido detectadas previamente. La imagen de índice de color SDSS g - r obtenida con el telescopio CAHA1.23m muestra que ciertas regiones del pseudoanillo tienen colores intensamente azules (lo que sugiere zonas de elevada formación estelar) y valores de densidad de columna de HI superiores a 8.5e20 át/cm2; por otro lado, el resto de regiones del pseudoanillo muestran un color más rojo. Los cirros de la Vía Láctea contaminan algunas regiones del campo en torno a CIG 96, de forma que establecen un límite de detección insalvable en 28.5 mag/arcsec2 (SDSS r). En los actuales límites de brillo superficial y densidad de columna de HI, no detectamos ninguna conexión estelar (dentro del campo de 1º x 1º de la imagen óptica de VST) así como ninguna conexión gaseosa (dentro del campo de 40'x40' del cubo de datos de HI) entre CIG 96 y ninguna galaxia compañera. Los criterios de aislamiento descartan interacciones con cualquier galaxia de tamaño similar durante al menos 2.7 Gyr. Mediante el uso de algunos modelos de evolución estelar ya existentes, estimamos que la edad mínima del pseudoanillo es de en torno a 1 Gyr o más longevo. Las principales hipótesis para explicar el pseudoanillo y las nuevas estructuras de HI son el posible acrecimiento no detectado de antiguas galaxias compañeras y el acrecimiento de gas frío. Las observaciones profundas ópticas y de HI nos han permitido desvelar con gran detalle estructuras no detectadas en torno a CIG 96, mostrando que esta técnica de observación es clave para el estudio de la asimetría en la distribución de HI en galaxias aisladas y sus causas. Por tanto, los datos ópticos profundos presentados en esta tesis doctoral, tanto los de CIG 96 como de otras galaxias, garantizan la continuación del proyecto, pueden servir para abrir posibles nuevas vías de investigación dentro del proyecto AMIGA y, en definitiva, ayudar a expandir nuestro conocimiento sobre la formación y evolución de las galaxias.
Throughout the years, many studies have addressed the numerous questions raised when trying to understand how the galaxies assemble and evolve. This topic constitutes one of the most studied fields of modern astronomy and, as we expand our knowledge of the different elements of a galaxy and their evolutionary roles, new problems arise. Some of them may be solved with deeper and higher resolution observations that let us detect the fine print of the processes shown in the different evolutionary stages. The Analysis of the interstellar Medium of Isolated GAlaxies project (AMIGA) seeks to provide a better understanding on the formation and evolution of galaxies focusing on those that lie in relatively uninhabited environments in comparison with denser ones, including the field galaxies. AMIGA has been performing a systematic multi−wavelength study of a selected and statistically significant sample of extremely isolated galaxies based on a refined version of the Catalog of Isolated Galaxies (CIG). In absence of companions, the CIG galaxies constitute an ideal laboratory to study secular evolution and. Since the foundation, the AMIGA project has been investigating the internal and environmental processes of these galaxies, as well as the implication in the theories of galaxy formation and evolution. This project constitutes the framework for the present dissertation.
Asymmetries in the atomic hydrogen (HI) of galaxies are often caused by the interaction with close companions. The AMIGA project has demonstrated that isolated galaxies show the lowest levels of asymmetry in their HI integrated profiles compared to other samples, even field galaxies. However, some galaxies present high asymmetry ratios whose origins are poorly understood. Aiming to investigate the source of the asymmetries, we selected a sample that consists of 184 isolated galaxies from the CIG catalog. Out of them, the highly isolated galaxy CIG 96 (NGC 864) shows a 16% asymmetry level in its HI integrated profile, representing a model case and main target of this study. In order to try to reveal the causes of the asymmetry, we performed deep optical observations of CIG 96 with the CAHA1.23m, CAHA2.2m and VST (with the OmegaCAM wide field camera) telescopes. We reach surface brightness limits of μ CAHA2.2m = 27.5 mag arcsec −2 (Cousins R) and μ V ST = 28.7 mag arcsec −2 (SDSS r) that show the pseudoring of the galaxy and its star forming regions in detail. Additionally, a wavelet filtering of the HI data cube from our deep observations with VLA/EVLA telescope allowed us to reach a column density of N HI = 8.9 ×10 18 cm −2 (5σ, 28” × 28” beam), the lowest of any isolated galaxy to date. We confirm that the HI extends farther than 4×r 25 in all directions and also detect two previously undetected gaseous structures (∼10 6 M ⊙ ) in the outskirts of the galaxy. The SDSS g − r colour index image from CAHA1.23m shows extremely blue colours in certain regions of the pseudoring (suggesting regions with star formation) where N HI > 8.5 × 10 20 cm −2 , whereas the rest show red colours. Galactic cirrus contaminate some regions of the field, setting an unavoidable detection limit at 28.5 mag arcsec −2 (SDSS r). At the current surface brightness (SB) and HI column density (N HI ) limit levels, we detect no stellar link within 1deg ×1deg neither gaseous link within 40’×40’ between CIG 96 and any companion.
The isolation criteria rule out interactions with other similar sized galaxies for at least ∼2.7 Gyr. Using existing stellar evolution models, the age of the pseudoring is estimated to be 1 Gyr or older. Undetected companions previously accreted and cold gas accretion remain as the main hypothesis to explain its optical pseudoring and HI features. The deep optical and HI observations have let us unveil previously undetected features of CIG 96, showing they are a key tool for the study of the HI distribution asymmetry and their causes in isolated galaxies. Hence, all the deep optical data of CIG 96 and other targets presented in this dissertation guarantee the continuation of the project, they may potentially open new research paths within the AMIGA project and, in the end, help us to expand our knowledge on galaxy formation and evolution.
