Defesa de tese de doutorado
Estudante: Pablo Andrés Araya Araya
Programa: Astronomia
Título: “Modelagem de galáxias empoeiradas com formação estelar: conexões com protoaglomerados e galáxias massivas quiescentes"
Orientador: Prof. Dr. Laerte Sodré Junior - IAG/USP
Comissão Julgadora:
- Prof. Dr. Laerte Sodré Junior - Orientador e Presidente - IAG/USP
- Prof. Dr. Gastão César Bierrenbach Lima Neto - IAG/USP
- Profa. Dra. Ângela Cristina Krabbe - IAG/USP
- Profa. Dra. Karín Menéndez Delmestre - OV/UFRJ (por videoconferência)
- Profa. Dra. Cristina Furlanetto - IF/UFRGS (por videoconferência)
- Prof. Dr. Rubens Eduardo Garcia Machado – UFTPR (por videoconferência)
Resumo:
O estudo de galáxias massivas no Universo primordial — tanto as ativamente formadoras de estrelas quanto as quiescentes — desafia a nossa compreensão atual sobre a formação e evolução das galáxias. Em particular, galáxias empoeiradas com alta taxa de formação estelar (\textit{dusty star-forming galaxies}, DSFGs) e galáxias massivas quiescentes (MQs) em altos redshifts representam populações extremas cujas propriedades físicas, densidades numéricas e trajetórias evolutivas ainda são difíceis de reproduzir com modelos teóricos. Observações recentes, especialmente com ALMA e JWST, aumentaram as tensões entre teoria e dados observacionais, destacando a necessidade de estruturas de modelagem mais avançadas. Esta tese aborda esses desafios utilizando o modelo semi-analítico (\textit{semi-analytic model}, SAM) \texttt{L-Galaxies} para explorar a dependência com o ambiente, as origens físicas e a possível conexão evolutiva entre DSFGs e MQs ao longo do tempo cósmico. Primeiramente, investigamos a relação entre DSFGs e protoaglomerados de galáxias, atribuindo fluxos submilimétricos (submm) a galáxias simuladas por meio de relações de escala derivadas de cálculos de transferência radiativa. Constatamos que os núcleos dos protoaglomerados apresentam um excesso de galáxias brilhantes no submm em comparação com ambientes menos densos, principalmente devido à super-representação de galáxias massivas e formadoras de estrelas, impulsionadas pela distribuição de matéria escura — em contraste com a sabedoria convencional que surtos de formção estelar ({\it starburst}) são mais comuns nesses ambientes. Esses resultados fornecem uma base teórica para a associação espacial observada entre DSFGs e protoaglomerados e oferecem novas perspectivas sobre os efeitos ambientais iniciais na evolução de galáxias. Em seguida, abordamos o desafio persistente de reproduzir simultaneamente as contagens no submm (DSFGs) e as densidades numéricas de MQs em $z \gtrsim 3$. Utilizando o modo de calibração por Cadeias de Markov de Monte Carlo (\textit{Markov Chain Monte Carlo}, MCMC) do \texttt{L-Galaxies}, testamos diversas combinações de vínculos observacionais. Identificamos um modelo que reproduz com sucesso as contagens observadas de DSFGs no submm, mantendo-se consistente com os limites inferiores observacionais das densidades numéricas de MQs. Essa solução requer maior eficiência de formação estelar em eventos impulsionados por fusões, além de um modelo de acreção de buracos negros supermassivos independente da massa do halo, permitindo um crescimento rápido tanto da massa estelar quanto dos SMBHs. Os resultados deste trabalho também destacam a importância de técnicas de calibração robustas para lidar com os altos níveis de degenerescência no espaço de parâmetros dos modelos de formação de galáxias. Por fim, utilizamos o modelo re-calibrado do trabalho anterior para investigar a potencial conexão evolutiva entre DSFGs e MQs. Verificamos que, embora a maioria das MQs em altos redshifts tenham sido brilhantes no submm (DSFGs) no passado, uma fração significativa das DSFGs não evolui para MQs antes de $z \sim 2$, devido às diferentes trajetórias evolutivas. Analisamos também os mecanismos físicos responsáveis pelo desligamento da formação estelar nos progenitores das MQs e nas DSFGs típicas, mostrando que a história de formação estelar, o histórico de fusões e o feedback de AGNs atuam conjuntamente para moldar sua evolução. Em conjunto, esses resultados ampliam nossa compreensão sobre populações galácticas extremas em ambientes densos e demonstram como SAMs devidamente ca-\ librados, apesar de sua simplicidade, podem servir de ponte entre observações e teoria na era dos levantamentos profundos e de alta resolução.
Palavras- chave: métodos: numéricos, galáxias: evolução, galáxias: formação, galáxias: alto redshift