Proyectos para estudiantes

Los estudientes de licenciatura, maestría y doctorado interesados en alguna de las áreas en las que realizo mi invesigación son bienvenidos a visitarme en mi oficina o escribirme para discutir ideas y proyectos que puedan dar consecución a sus tesis de licenciatura, maestría o doctorado. Siempre estoy buscando nuevos estudiantes que quieran hacer investigación al mejor nivel.

Además, también superviso estudiantes de licenciatura en estancias de investigación durante el verano. El excelente programa de la Academia Mexicana de Ciencias "el verano de la investigación" es una posible vía para que los estudiantes nacionales de licenciatura que estén interesados puedan percibir una compensación económica por el trabajo de investigación realizado.

Formación y evolución de galaxias a alto-z

La distribución, agrupamiento y evolución de las galaxias en formación es uno de los campos de la cosmología observacional más activos en nuestros días. Dos grandes poblaciones casi ortogonales de galaxias en formación se han descubierto en los últimos diez años: la población de galaxias azules, sin grandes tasas de oscurecimiento, que célebremente se reconocen por su corte Lyman en imágenes ópticas profundas; y la población de galaxias fuertemente oscurecidas, que se revelan en observaciones profundas sobre el fondo extragaláctico, del infrarrojo lejano a las bandas milimétricas. La distribución espectral de energía del fondo extragaláctico, de hecho, nos muestra que, dejando a un lado la radiación cósmica de microondas liberada a un corrimiento al rojo z~1089 tras la combinación de los electrones en los átomos, la emisión de luz en el Universo se produce preferentemente en dos componentes de aproximadamente igual importancia energética: la emitida en luz óptica a ultravioleta (UV), y la emitida en luz infrarroja lejana (FIR) a milimétrica (mm). Descubrir la composición de las poblaciones de astros que producen la mayor parte de la emisión energética del Universo se ha convertido en uno de los incentivos para construir más y más poderosos observatorios. Mientras que ya en nuestros días se han cartografiado grandes regiones del cielo para determinar que los principales emisores de la luz óptica a ultravioleta son una amalgama de galaxias típicas, galaxias azules en formación y cuásares; la composición de la luz FIR-mm es todavía parcialmente un misterio, que espera la entrada en escena de grandes telescopios, como el 50-m GTM o el interferómetro ALMA, que nos permitan cubrir grades áreas del cielo y sobrepasar el límite de confusión al que estamos restringidos con la tecnología actual. A pesar de esta limitante, hoy sabemos que la emisión FIR-mm del Universo está producida en al menos un 20 a un 50% por formación estelar violenta en galaxias masivas en formación fuertemente oscurecidas, sin una considerable contribución energética por acreción. El modo de formación oscurecida se perfila, por lo tanto, como un potencial modo predominante de formación en la historia de construcción de las galaxias, y ciertamente, en el ensamble de las galaxias gigantes.

Mediante el consorcio SHADES (el "SCUBA HAlf Degree Survey") hemos realizado la cartografía milimétrica más extensa hasta ahora publicada en la literatura. Este gran censo de galaxias en el Agujero de Lockman y el Campo Profundo de XMM-Subaru (figura de arriba, de Coppin et al. 2006, que muestra picos brillantes donde se localizan galaxias IR ultraluminosas a alto-z), que finalmente cubre sólo un cuarto de grado cuadrado debido a un fallo terminal de la cámara SCUBA, está siendo analizado en estos momentos por el equipo internacional de astrónomos y estudiantes de doctorado con el que conformamos SHADES. La fotometría que hemos adquirido con las cámaras SCUBA a 0.85mm y AzTEC a 1.1mm en el 15-m JCMT de Hawai, nos revelan una población de galaxias con tasas de formación estelar de cerca de las 1000 masas solares por año, y luminosidades por encima de los billones de luminosidades solares, lo que intepretamos como las etapas de formación de las galaxias elípticas que vemos hoy en día, sólo que, capturadas en el momento de su ensamble a alto-z (1-6).

Estamos interesados en determinar las propiedades multifrecuencia de estas galaxias para constreñir los modelos de formación de galaxias. La figura de la izquierda muestra la identificación de una de estas galaxias en ondas sub-mm, radio, ópticas e IR, (Ivison et al. 2007). En concreto estamos midiendo las distribuciones de distancias cósmicas, de luminosidad y de agrupamiento, así como el contenido de actividad por acreción y las morfologías implicadas en el proceso de formación fuertemente oscurecida, tanto en campos preseleccionados sin sesgos, como en campos fuertemente sesgados hacia sobredensidades marcadas por cuásares y otros AGNs distantes. La figura de abajo muestra la distribución de corrimientos al rojo inferidos de la fotometría recopilada para SHADES (línea negra contigua) y su comparación con diferentes modelos de formación de galaxias (líneas a colores), de Aretxaga et al. 2007. Es mediante comparaciones como ésta que pretendemos discriminar entre los diferentes modelos de formación de galaxias que se barajan como posibilidades en la actualidad.

En la Navidad 2005-2006 llevamos la cámara AzTEC del 50-m GTM al 15-m JCMT para realizar la primera campaña científica de toma de datos, antes de que el GTM tenga primera luz científica. Entre otros proyectos, obtuvimos prospecciones hacia campos sin sesgos (como SHADES, pero esta vez a 1.1mm y cubriendo todo el medio grado cuadrado diseñado originalmente) y hacia sobredensidades marcadas por radiogalaxias a z~1-4. Estamos analizando en estos momentos estos datos dentro del equipo científico de AzTEC. El análisis de estos datos pasa por diseñar parte del software de limpieza de trazas atmosféricas de las señales registradas por los bolómetros de la cámara, ensamblado de los mapas resultantes, simulaciones del ruido para estimar el número de fuentes espúreas, y finalmente, la extracción de aquellas fuentes emisoras a 1.1mm con un alto nivel de significancia. Las propecciones tomadas con AzTEC en esta campaña cubren conjuntamente casi 1 grado cuadrado, y pensamos que de éstas obtendremos el mayor catálogo de galaxias oscurecidas en formación a alto z, que nos permitirá trazar distribuciones de distancias, contribuciones a la historia de formación estelar, agrupamiento y evolución cósmica de la población.

Durante el 2007-2009 estamos realizandos la siguiente generación de censos cosmológicos milimétricos con AzTEC en el 10-m ASTE, y esperamos que en un futuro muy cercano los complementemos con AzTEC en el 50-m GTM (fotografía de abajo, por Jorge Reyes), con SCUBA-II en el 15-m JCMT y con el telescopio espacial Herschel. Campañas de tomas de datos como éstas requieren de muchos meses de observaciones. Si quieres participar con nosotros en los estudios observacionales, empíricos y teóricos que estamos realizando sobre esta población de galaxias, acércate a hablar conmigo para discutir las diferentes posibilidades.

Las galaxias anfitrionas de cuásares

Otro de los métodos para estudiar galaxias en formación es dirigirnos hacia núcleos activos o cuásares distantes, en los que se piensa se están manifestando fenómenos de acrecentamiento alrededor de un agujero negro supermasivo. Los cuásares residen, de hecho, en el centro de galaxias, y el estudio de estas galaxias hasta alto-z es uno de mis campos de investigación favoritos. A través de imágenes ópticas e IR cercanas tomadas con telescopios de 4-10m, desde tierra, podemos llegar a resolver un perfil de brillo que espacialmente excede al del cuásar central o al de estrellas de campo. La imagen de arriba (Aretxaga et al. 1995) ilustra este punto por medio de la substracción del patrón de difracción de una estrella brillante de campo al cuásar y a estrellas cercanas, lo que revela una galaxia subyacente en la posición del cuásar, su galaxia anfitriona. Mediante técnicas de deconvolución, podemos extraer información relevante sobre las galaxias anfitrionas, como su luminosidad total, tamaño y morfología, y relacionar estas propiedades con la virulencia del fenómeno cuásar.

Con el advenimiento del 10.4-m GTC, del cual México es socio, esperamos continuar estos estudios en cuásares a alto-z, realizando imagen de alta precisión y espectroscopóa de las zonas externas de la galaxias, pero además, en cuásares cercanos podremos estudiar su distribución de formación estelar por medio de imágenes en el IR medio (10-20um), que no están tan contaminadas por la emisión del cuásar. La cámara CanariCam que se colocará en el 10.4m GTC tan pronto éste tenga primera luz, servirá para estos propósitos. Para asegurarnos de la viabilidad de este proyecto, estamos realizando simulaciones de anillos alrededor de núcleos activos cercanos, como la imagen de la derecha (Aretxaga et al. 2004) en la que se muestra un anillo de formación estelar de ~1kpc alrededor de un cuásar, visto de canto, en el centro de la imagen, y para comparar, una simulación del patrón de difracción de una estrella del mismo brillo en la esquina inferior izquierda. Además estamos participando en la explotación científica de cámaras similares como T-ReCs, en el 8-m Gemini de Chile.

Si quieres involucrarte en el estudio IR medio de estos objetos desde el punto de vista de simulaciones y observaciones con telescopios de 8-10m, ponte en contacto conmigo. Mis colaboradores y yo tenemos una buena colección de datos que estamos analizando en estos momentos.

La conexión starbursts-AGN: cohabitación e impostores

A las supernovas de tipo IIn se las conoce por el sobrenombre de "impostores de cuásares" debido a la gran similitud de sus espectros ópticos y la energética de sus estallidos, hasta el punto de que si una de ellas ocurriera en el centro de una galaxia, sin lugar a dudas el fenómeno se atribuiría a acreción y no a evolución estelar. En la imagen de la izquierda, tomada con el 1m OAN de Tonantzintla (Vega 2001, tesis), no cabe duda que el cambio experimentado al borde la galaxia débil anónima es debido a la supernova SN1999E, cuyo espectro ópico, sin embargo, se parece mucho al de núcleos activos clásicos variables. En colaboración con el grupo de supernovas del Observatorio de Pádova (Italia), estoy desarrollando estudios sistemáticos de seguimiento y caracterización de las componentes variables anchas de los espectros (figura inferior, de Rigon et al. 2003) y de los cambios en las distribuciones espectrales de energía de estas peculiares supernovas, con el objetivo de delimitar las propiedades de la interacción de sus eyectas con el medio circunestelar, la causa más plausible de su inusual comportamiento y gran conversión en energía cinética, de hasta 10⁵¹ erg, con emisión que va desde las frecuencias radio hasta los rayos-X duros.

Sospechamos que algunos de estos fenómenos estelares pueden haber sido interpretados como actividad nuclear debida a acreción. El caso de la transición entre Seyfert de tipo 2 a 1 de la galaxia NGC7582 ofrece un interesante caso de discusión.