La relación de Tully-Fisher y la eficiencia de formación de galaxias

Abstract

La curva de rotación observada de galaxias espirales es una herramienta cinemática sumamente poderosa que permite extraer información acerca de las componentes bariónicas galácticas (estrellas y gas) como así también del halo de materia oscura que la rodea. Usualmente, la velocidad de rotación característica (Vrot) de una galaxia se estima usando el valor que tiene la curva de rotación en algún radio interno particular (por ejemplo, el radio mitad de luz). Asimismo, el ajuste de un modelo teórico de velocidad circular a la curva de rotación permite inferir la masa total del halo (Mvir) o, lo que es lo mismo, su velocidad circular (Vvir) en el radio virial. La correlación entre la masa bariónica (Mbar) de una galaxia y su velocidad característica de rotación o su velocidad (masa) virial, constituyen dos relaciones ffundamentales de la astronomía extragaláctica: la relación de Tully-Fisher (Mbar vs. Vrot) y la eficiencia de formación de galaxias (Mbar vs. Mvir). En la presente tesis se analiza la habilidad del modelo de materia oscura fría con constante cosmológica (ΛCDM) de reproducir los resultados observacionales de estas dos relaciones fundamentales. Utilizando tanto resultados de simulaciones numéricas de N-cuerpos como analizando simulaciones numéricas hidrodinámicas se muestra que si bien la relación de Tully-Fisher se puede ajustar con relativa facilidad, incluso a alto redshift, la eficiencia de formación de galaxias representa un desafío severo en el extremo de galaxias enanas para este modelo cosmológico.

The observed rotation curves of spiral galaxies are an extremely powerful cinematic tool to extract information about the baryonic components (stars and gas) as well as the halo of dark matter that surrounds galaxies. Usually, the characteristic rotation velocity (Vrot) of a galaxy is estimated using the value of the rotation curve at a particular internal radius (for example, the half light radius). Likewise, the fit of a theoretical model of circular velocity to the rotation curve allows the inference of the total mass of the halo (Mvir) or, correspondingly, the circular velocity (Vvir) at the virial radius. The correlation between the baryon mass (Mbar) and the characteristic rotation velocity or the virial velocity (mass) of galaxies, appear in two fundamental relations in extragalactic astronomy: the Tully-Fisher relation (Mbar vs. Vrot) and the galaxy formation efficiency (Mbar vs. Mvir). In this thesis the ability of the standard cold dark matter model with cosmological constant (ΛCDM) to reproduce the observational results of these two fundamental relations is analyzed. Using both results of numerical N-bodies simulations as well as by hydrodynamical numerical simulations, it is shown that although the Tully-Fisher relation can be reproduced with relative ease, even at high redshift, the galaxy formation efficiency represents a severe challenge at the low stellar mass of dwarf galaxies for this prevailing cosmological model.