Origen de las componentes estructurales en galaxias de disco: barras y bulbos tipo boxy/peanut en simulaciones cosmológicas

Abstract

Utilizamos simulaciones magnetohidrodinámicas de alta resolución en el marco del paradigma cosmológico ΛCDM, para estudiar la evolución secular de galaxias de disco y la formación de subestructuras dentro de ellas. En una primera parte, se estudiaron las diferencias principales entre las propiedades de las galaxias que poseen barras estelares y aquellas que no, revelando pistas sobre las condiciones físicas necesarias para desencadenar la formación de estas estructuras. Exploramos las primeras etapas de la formación de barras en una pequeña muestra de galaxias con discos barrados extraída de la simulación cosmológica TNG50, y comparamos sus propiedades con las de las galaxias no barradas. Encontramos que la diferencia más importante es que las primeras presentan una mayor concentración de masa estelar respecto a la materia oscura en las regiones internas desde etapas muy tempranas, incluso antes de la formación de las barras. Albergan un alto contenido inicial de gas, lo que fomenta mayores tasas de formación estelar y conduce a una concentración de masa central que crece más rápidamente con el tiempo en comparación con las galaxias no barradas. El examen de la evolución del espín del halo en 10 kilopársec comóvil (ckpc) revela que las galaxias barradas tienen una mayor transferencia de momento angular del disco al halo. Curiosamente, tanto las galaxias barradas como las no barradas comparten valores iniciales similares bajos del espín del halo, consistentes con los propuestos en la literatura para la formación de barras. Además, evaluamos los criterios de estabilidad existentes para captar la complejidad del proceso, e investigamos los efectos de las fusiones, los encuentros cercanos (flybys) y el entorno como posibles impulsores de la formación de barras. No encontramos una relación clara entre las fusiones y las inestabilidades del disco que dan lugar a la formación de barras, aunque algunas de las galaxias con barra simuladas podrían haber estado influidas por estos fenómenos. A su vez, algunas barras estelares pueden experimentar inestabilidades verticales que traen como consecuencia la formación de bulbos con una morfología de caja/maní (boxy/peanut). En la segunda parte, a partir de las simulaciones Auriga, analizamos los parámetros estructurales de los bulbos boxy/peanut y examinamos los procesos que gobiernan su formación y evolución a lo largo de la historia cósmica. Desarrollamos un método para estimar la fuerza de estas estructuras, lo que permite identificar el tiempo de formación y sus tamaños. Curiosamente, los bulbos boxy/peanut aparecen después de la formación de las barras, seguido de un episodio de pandeo del disco (buckling). Analizamos la evolución de la fracción de bulbos boxy/peanut a lo largo del corrimiento al rojo (redshift), descubriendo que a z=0, dos tercios de las galaxias albergan una barra, y de éstas, el 45 por ciento tiene un bulbo boxy/peanut. Esta fracción está dentro del rango observado a z=0, aunque en el extremo inferior en comparación con algunos estudios observacionales. La fracción de bulbos boxy/peanut disminuye a 20 por ciento a z=0.5, y cae a cero a z~1; esto coincide con la tendencia observada de disminución de la fracción de bulbos boxy/peanut con el redshift. En conjunto, estos resultados profundizan nuestra comprensión de los procesos internos que regulan la morfología de galaxias de disco y destacan el potencial de las simulaciones cosmológicas para estudiar la evolución en un contexto cosmológico realista.