Nicolás Tejos: Estudiando el medio intergaláctico dentro y fuera de vacíos de galaxias

Nicolás Tejos es investigador postdoctoral en la Universidad de California, Santa Cruz trabajando en colaboración con Prof. J. X. Prochaska. Nicolás estudió su Licenciatura y Master en la Universidad de Chile y el 2013 se graduó de doctor en la Universidad de Durham, en Inglaterra. Visita su pagina web www.ucolick.org/~ntejos para contactarlo y conocer sus temas de investigación.

Las galaxias contienen alrededor del 10% de la materia bariónica (i.e. átomos) del Universo. El restante 90% se encuentra en el medio intergaláctico (IGM por sus siglas en inglés), cuyas bajas densidades y alto grado de ionización hacen su observación una tarea difícil. En este paper usamos líneas de absorción de hidrógeno neutro (HI) en espectros de quásares en el UV (a partir de datos de telescopios espaciales como HST y FUSE) para caracterizar el IGM.

Debido a la acción de la gravedad, la distribución de galaxias en el Universo no es homogénea y sigue un patrón intrincado de planos, filamentos y nodos. Esta distribución produce vastas regiones en el Universo conteniendo una fracción muy baja del total de galaxias observadas, llamadas 'galaxy voids' ('vacíos de galaxias'). En este articulo investigamos las propiedades del IGM dentro y fuera de estos vacíos a redshifts z<0.1.

Encontramos un exceso significativo de lineas de HI en los bordes de estos vacíos, a escalas de 5 Mpc/h, consistente con lo que se espera de la distribución de galaxias. Sin embargo, al interior de estos vacíos de galaxias encontramos una distribución casi homogénea de HI. Nuestros resultados muestran que estos vacíos de galaxias no son lugares donde hay ausencia total de materia bariónica, ya que contienen una fracción significativa del total de hidrógeno en el Universo.

Fig. 1: Densidades de columna (a y b) y parámetros Doppler (c y d) observados dentro (círculos negros) y en los bordes de (cuadrados rojos) vacíos de galaxias, usando dos sistemas de coordenadas para asociar una línea a un vacío de galaxia (ver paper; los triángulos azules no se han tomado en cuenta en el estudio). Observamos un déficit de líneas de HI con densidades de columna N_HI< 10¹³ cm^-2 en los bordes de los vacíos comparado con lo que se encuentra dentro de éstos. Esto se traduce en que las distribuciones de densidades de columna dentro y fuera de vacíos de galaxias son tentativamente diferentes (a un 98% de nivel de confianza estadística). Para los parámetros Doppler, esta tendencia es menos significativa (90% de nivel de confianza estadística). Sin embargo, ambas tendencias son teóricamente esperadas.

También encontramos evidencia tentativa de que las propiedades de las lineas de HI dentro y fuera de estos vacíos son diferentes. Líneas al interior de vacíos de galaxias poseen sistemáticamente menores densidades de columna (intensidad de la linea) y parámetros Doppler (ancho de la linea) que las encontradas en los bordes de estos vacíos (ver Figura). Nuestros resultados observacionales apuntan a que del total de líneas de HI con densidades de columna N_HI>10^12.5 cm^-2, un 25-30% se encuentran al interior de vacíos de galaxias, un 55-60% se encuentran en los bordes de estos vacíos y son correlacionadas con galaxias porque siguen la misma distribución de gran escala pero no necesariamente los mismos halos, y solo un 12-15% correlacionadas con galaxias porque pertenecerían a los mismos halos.

Debido a limitaciones computacionales todavía no existe una simulación hidrodinámica lo suficientemente grande para contrastar nuestros resultados observacionales con la teoría de una manera directa. Cabe notar que estos vacíos de galaxias tienen tamaños característicos de 10 Mpc/h. Aun así, presentamos un estudio de HI en diferentes medioambientes cósmicos a partir de datos provenientes de una la simulación hidrodinámica (GIMIC) y corroboramos que al menos estas tendencias son esperadas dentro del paradigma ΛCDM.

"Large-scale structure in absorption: gas within and around galaxy voids"
N. Tejos, et al.

MNRAS 425, 245 (2012) - ArXiv:1205.2697

Resumen (en inglés, después del salto)

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En un mes hemos llegado a las 1000 visitas! Y queremos que corra la voz para que la comunidad nos vaya conociendo antes del lanzamiento 'oficial' en Enero 2014!

Nuestro objetivo es tener 5000 visitas al blog + 50 Facebook Likes + 50 Google+ y Twitter followers a final de año y cualquier publicidad es bienvenida! Para los que están en Chile, adjunto una imagen para que pongan en sus presentaciones, reuniones con colegas, journal club, etc, así nos ayudan a que más gente nos conozca y participe!

Si tienes ideas adicionales o preguntas escribenos en la seccion de cometarios o a nuestro correo.

Gracias!

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Oportunidad: Concurso académico jornada completa UValpo!

La Universidad de Valparaíso requiere urgente un académico de jornada completa. Fecha límite para postular: 6 de Diciembre del 2013

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Buena Suerte!!

PS: Gracias Edo por avisarnos!

Edo Ibar: Revelando la formación estelar oscurecida en galaxias a z=1.47 con el el telescopio espacial Herschel

Edo Ibar es investigador postdoctoral FONDECYT en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Obtuvo su Licenciatura en la Universidad de Chile y el 2009 obtuvo su PhD en la Universidad de Edimburgo, ciudad donde realizó su primer postdoc, en el UK Astronomy Technology Centre. Prontamente empezará como profesor adjunto en la Universidad de Valparaíso. Puedes encontrar mas información sobre sus temas de investigación y contactarlo en su página edoibar.wix.com

Para entender la formación y evolución de galaxias es de gran importancia poder medir sus tasas (actividad) de formación estelar, siendo su trazador clásico la emisión de la línea Hα. Esta emisión, sin embargo, sufre de un considerable oscurecimiento debido al polvo que rodea a las regiones de formación estelar, implicando que lo visto es sólo una fracción de la luz originalmente emitida por la galaxia.

En el Universo Local se usa la razón entre intensidades de las líneas Hα y Hβ (el llamado "decremento de Balmer") para trazar el nivel de extinción de la línea Hα. Sin embargo en galaxias distantes, a alto redshift, la línea Hβ no es detectable, por lo que los niveles de extinción de la línea de Hα son largamente inciertos.

En esta publicación describimos estadísticamente las propiedades de galaxias del catalogo HiZELS, basados en los surveys PEP y HERMES, que presentan tasas 'normales' de formación estelar del orden de 30 masas solares por año a redshift z=1.47. El análisis se basa en observar en el infrarrojo lejano (far-IR) para medir el nivel de obscurecimiento de la luz, i.e. el nivel de extinción sufrida por la línea Hα.  En el estudio usamos imágenes profundas tomadas por la cámara milimétrica AzTEC y por los telescopios espaciales Spitzer y Herschel.

Fig 1: Flujo promedio obtenido por una estimación estadistica de "stacking", (rombos con barras de error) como función de la longitud de onda para toda la muestra de galaxias detectadas en Hα a z=1.47. Arriba a la izquierda se dan las propiedades físicas obtenidas al ajustar un modelo de radiación de cuerpo negro modificado. La distribución espectral se compara visualmente con dos galaxias, una local M82 y otra a redshift z=2.3.

La figura arriba muestra las características infrarrojas de estas galaxias. Encontramos que muchas de las correlaciones empíricas encontradas en galaxias cercanas se mantienen incluso en tiempos cuando el Universo tenía tan solo un tercio de su edad. Esta corroboración permite asumir que propiedades de galaxias cercanas son válidas también para sus análogos a alto redshift.

"Herschel reveals the obscured star formation in HiZELS Hα emitters at z=1.47"
E. Ibar, et al.
MNRAS 434, 3128 (2013) - ArXiv:1307.3556

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Raúl Angulo: Simulaciones computacionales de universos dominados por materia oscura tibia

Raúl Angulo es investigador del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón, en Teruel, España. Raúl obtuvo su licenciatura en la Universidad Católica de Chile, y su doctorado en la Universidad de Durham, Inglaterra, en 2008. Luego, realizó estancias postdoctorales en el Instituto Max Planck de Astrofísica en Alemania, y en la Universidad de Stanford en EEUU. Puedes contactarlo en rangulo at cefca dot es.

En la cosmología estándar, el principal componente gravitatorio en el Universo es la materia oscura -- una hipotética partícula elemental aún no descubierta y que interacionaría principalmente sólo a través de la gravedad. Tradicionalmente, la materia oscura se ha considerado 'fría' (CDM por sus siglas en inglés), es decir, con una velocidad termal cero en el universo temprano.

Sin embargo, la materia oscura también puede ser 'tibia' (WDM por sus siglas en ingles). Con una velocidad termal no despreciable, el campo de perturbaciones en densidad primordiales es suavizado con WDM. En particular, mientras más caliente la materia oscura, más grande es la escala donde las perturbaciones desaparecen -- lo cual repercute en la formación de galaxias y otras estructuras en el Universo local. Recientemente, WDM ha recibido mucha atención en la comunidad cosmológica, pues podría solucionar varios problemas presentes en CDM relacionados con la cinemática, formación y abundancia de galaxias pequeñas.

Figura 1: Mapa de la densidad cósmica predicha en una simulación donde la materia oscura es considerada "tibia". Colores amarillos indican zonas con alta densidad, mientras que colores blancos indican aquellas zonas con baja densidad.

 Por esto nos gustaría poder entender en detalle la evolución del Universo cuando la materia oscura es tibia y entender las diferencias con respecto a CDM. La mejor forma de hacer esto es a través de simulaciones numéricas. Desafortunadamente, la mayoría de las simulaciones actuales no pueden describir con precisión la evolución de estructuras en WDM, pues los errores numéricos dominan sobre los efectos físicos. Esto es un problema que ha estado sin solución por más de 25 años!

 En este artículo, proponemos una nueva forma de atacar el problema de N-cuerpos, el cual demostramos soluciona los problemas de simulaciones de WDM, y por lo tanto nos permite entender mejor estructuras compuestas de WDM. El resultado se puede ver en la Fig.1, la cual muestra la densidad proyectada de materia oscura en una área de 80x160 Mpc. Aquí se puede ver, por ejemplo, que filamentos no están fragmentados como en las antiguas simulaciones. También se puede ver que no hay pequeños cúmulos tal como se espera en estos modelos.

Figura 2: Número de estructuras colapsadas ("halos") como función de su masa. Lineas de diferentes colores indican el resultado considerando diferentes definiciones de un halo.

Estas nuevas simulaciones nos permitieron, por primera vez, estudiar como la abundancia de 'halos' cambia entre escenarios donde la materia oscura es tibia o fría. El resultado se ve en la segunda figura: mientras que en CDM el número crece exponencialmente cuando miramos a masas más pequeñas, en WDM vemos que el número de halos decae exponencialmente por debajo de 10¹² masas solares. Esto es consecuencia de la velocidad termal mencionada anteriormente, y se espera que impacte en muchas propiedades observables de nuestro universo. Simulaciones como estas nos darán en el futuro más información de como podemos estimar las propiedades de la materia oscura, uno de los pilares en nuestra concepción moderna del Universo.

"The warm dark matter halo mass function below the cut-off scale"
Raúl E. Angulo, O. Hahn & T. Abel, 2013
MNRAS 434, 3337 (2013) - ArXiv:1304.2406

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Bárbara Rojas-Ayala: Indicadores de Metalicidad y Temperatura en el espectro infrarrojo cercano de las enanas M

Bárbara Rojas-Ayala actualmente es postdoc en el Centro de Astrofísica de la Universidade do Porto, Portugal. Bárbara cursó su Licenciatura en Astronomía en la Universidad de Chile. En Enero del 2012 obtuvo su Doctorado en Cornell University e hizo su primer postdoc en el AMNH, en Nueva York. Más de ella puedes ver en su página web: http://www.barbararojasayala.com

Este artículo presenta métodos para estimar la temperatura efectiva y metalicidad de las enanas M basados en líneas de absorción presentes en la banda K, en infrarrojo. La metalicidad de las estrellas enanas M ha sido un problema difícil de atacar, ya que estas estrellas al ser pequeñas y no muy masivas, tienen atmósferas lo suficientemente frías como para permitir la formación de moléculas como TiO, CaH, VO en el óptico, y FeH y H2O en el infrarrojo cercano. Esto no permite la utilización de los métodos ocupados en las estrellas F, G y K para estimar la metalicidad de las enanas M. 

Demostramos que las líneas de NaI y CaI y la deformación del espectro de enanas M debido a las moléculas de H2O pueden ser utilizados para estimar las metalicidades de estas estrellas. Nuestras calibraciones reproducen las correlaciones esperadas con los movimientos espaciales galácticos de 133 de las enanas M cercanas, y con la intensidad de sus líneas de emisión de H-alpha.

Fig. 1: La intensidad del ancho equivalente de las líneas de NaI y CaI  permiten discriminar entre las estrellas con metalicidades [M/H] menores que la del sol (puntos azules) y las con [M/H] mayores que la del sol (puntos rojos). Las líneas punteadas representan las líneas de isometalicidad obtenidas con nuestra calibración. Las estrellas con planetas en este trabajo están representadas por estrellas negras, y todas, salvo dos, tienen metalicidades mayores que la solar. 

La metalicidad de las estrellas juega un rol importante en la formación de planetas y con nuestras calibraciones verificamos para las enanas M los resultados empíricos obtenidos en las estrellas F, G, y K, donde las estrellas con Júpiters tienden a ser más ricas en metales, que las estrellas con sólo Neptunos o súper-Tierras. 

Estas calibraciones de metalicidad y temperatura también han sido utilizadas para obtener los tamaños y las zonas de habitabilidad de las enanas M con posibles planetas detectados por el telescopio Kepler, lo que nos permite caracterizar mejor sus planetas.

"Metallicity and Temperature Indicators in M Dwarf K-band Spectra: Testing New and Updated Calibrations with Observations of 133 Solar Neighborhood M Dwarfs"

Bárbara Rojas-Ayala, Kevin R. Covey, Philip S. Muirhead, and James P. Lloyd, 2012

ApJ 748, 93 (2012) - ArXiv:1112.4567

Resumen (en ingles, después del salto):