Resumen de Galactic dynamics with cosmological simulations of Milky Way-sized galaxies: The phase spiral and vertical perturbations
Begoña García-Conde Navarro
- español
Entender la compleja dinámica de galaxias, especialmente en el contexto de la Vía Láctea, sigue siendo un reto fascinante. El descubrimiento de las espirales de fase en el plano vertical de la Vecindad Solar ha demostrado que la Vía Láctea ha sido perturbada. El origen de esta perturbación ha sido estudiada con diferentes modelos de N-cuerpos, pero todavía no está del todo comprendida. En esta tesis, presentamos un amplio estudio de la dinámica galáctica a través de simulaciones cosmológicas con hidrodinámica de alta resolución junto con datos observacionales del observatorio espacial Gaia. El foco principal de este estudio es, primero, las espirales de fase, segundo, el análisis del comportamiento vertical del disco galáctico simulado y, finalmente, la determinación de los diferentes mecanismos que contribuyen a estas perturbaciones.
En este trabajo exploramos un modelo similar a la Vía Láctea de la simulación GARROTXA a lo largo de los últimos 6 giga-años de evolución, donde estudiamos la presencia y el origen de las perturbaciones verticales similares a las encontradas en la Vía Láctea. Identificamos las espirales de fase en el plano vertical del disco de partículas estelares. Esta es la primera vez que se observan este tipo de estructuras en una simulación cosmológica hidrodinámica. Exploramos el espacio de fases vertical en diferentes azimuts, radios y en varias poblaciones de edad, donde la espiral de fase es más pronunciada en las partículas estelares de edades jóvenes e intermedias. La intensidad de estas espirales se mantiene a lo largo de un amplio periodo de tiempo. Además, su aparición está correlacionada con el paso de galaxias satélites, menos masivas que los perturbadores usados en estudios previos con N-cuerpos.
En la segunda fase exploramos los modos bending del modelo de disco galáctico por medio de descomposición de Fourier, y encontramos complejos patrones de este tipo de modos a diferentes radios y tiempos. Para cuantificar las posibles causas de las perturbaciones, calculamos la aceleración aplicada sobre el plano galáctico por parte de todas las partículas de materia oscura y gas. Por ejemplo, encontramos que la caída de uno de los satélites conduce a una inclinación del disco, la cual provoca un desalineado entre el disco y la estructura triaxial interna de materia oscura formada en una antigua fusión mayor. Todos estos procesos inducen aceleraciones verticales significativas, y el disco desarrolla un notable alabeo. Destacamos que la historia antigua de la galaxia, que en nuestro modelo ha causado la forma triaxial del halo interno, puede desempeñar un papel importante en las deformaciones observadas.
La acreción anisótropa de gas y los subsecuentes procesos de formación estelar también pueden contribuir a una mayor aceleración vertical que sufre el disco. Estos fenómenos coexisten y se influyen mutuamente, por lo que resulta difícil establecer una causalidad directa.
Por último, nos centramos en la espiral de fase del disco de la Vía Láctea usando los datos de Gaia DR3. La espiral de fase exhibe variaciones complejas a diferentes momentos angulares y azimut, lo que sugiere múltiples perturbaciones o procesos de mezcla de fase enrevesados. También estimamos el tiempo de la perturbación que inicia el proceso de mezcla de fases con diferentes modelos de potencial de la Vía Láctea, y obtenemos que en media es de 0.5 giga-años, con diferencias sistemáticas para diferentes momentos angulares y Z, posiblemente debido a asumir el potencial de la Vía Láctea, o a no considerar otros procesos.
Esta tesis aporta un enfoque holístico para entender la dinámica vertical de los discos galácticos, donde el origen de las perturbaciones que lo afectan no es único y, en consecuencia, los diversos mecanismos no pueden estudiarse de forma aislada. Por lo tanto, es necesario utilizar estos modelos realistas para estudiar un Universo en el que las galaxias de disco se encuentran a menudo fuera de equilibrio.
- English
Understanding the complex dynamics of galaxies, especially in the context of the MilkyWay, remains a challenging and fascinating effort. The discovery of the phase spiral phenomenon in the vertical planeZ-VZ in the Solar Neighborhood has shown that the Milky Way is in a perturbed state. The origin of such perturbation has been studied via different N-body models but is still not fully understood. In this thesis, we present a comprehensive research on the dynamics of galactic disks through high-resolution cosmological simulations named GARROTXA and observational data from the Gaia space observatory. The primary focus of this work lies on, firstly, the study of the phase spirals; secondly, the detailed analysis of the vertical behaviour of the simulated galactic disk; and finally, the determination of the diverse mechanisms that can contribute to the observed perturbations...
