Desde el comienzo de la astrofísica extragaláctica en los años 30 - gracias al trabajo de Edwin Hubble quien constató que nuestra galaxia era solamente una entre millones - el estudio de la formación y evolución de galaxias se ha convertido en un sector muy estudiado dentro de la investigación astrofísica. Se han hecho enormes esfuerzos para entender la multitud de tipos y tamaños de las galaxias y sus orígenes. En esta tesis, nos centramos en las galaxias cercanas con estructura barrada. Estas estructuras están presentes en aproximadamente 2/3 de la población local de las galaxias de disco, lo que ilustra la necesidad de entender mejor esta componente. En estudios anteriores ya se han investigado las barras pero su esperada influencia como actores destacados de la evolución secular no se ha podido verificar observacionalmente. De hecho, estudios de las propriedades integradas no han mostrado diferencia alguna entre galaxias barradas y no barradas. Con esta tesis, queremos investigar las barras de manera muy detallada. Nuestro objetivo es cuantificar la influencia de las barras sobre sus galaxias anfitrionas, particularmente en el contexto de la formación de los bulbos.
Para ello hemos creado nuestra propria muestra, BaLROG (Bars in Low Redshift Optical Galaxies), compuesta de 16 galaxias de tipo temprano y tardío, constituyendo mosaicos grandes (54 apuntados de 1-2horas cada uno en total) con el espectrógrafo de campo integral SAURON ubicado en el telescopio William-Herschel Telescope en La Palma. Estas observaciones nos permiten estudiar barras en una resolución espacial sin precedente y determinar su impacto en diferentes regiones dentro de sus galaxias anfitrionas.
Primero desarrollamos una nueva técnica para medir la fuerza de barras, basada únicamente en la cinemática estelar observada y en los parámetros intrínsecos de la galaxia. Comparamos esta medida con técnicas existentes utilizando observaciones fotométricas del telescopio Spitzer Space Telescope como parte del sondeo Spitzer Survey of Stellar Structure in Galaxies (S4G). Esta comparación revela una buena concordancia entre los datos, siendo reforzada por una gran cantidad de simulaciones numéricas analizadas según el mismo método. La fuerza de la barra nos sirve de referencia para examinar si barras más fuertes producen efectos predichos más fuertes en la cinemática y las poblaciones estelares.
Caracterizamos la cinemática estelar y la del gas y determinamos los parámetros de las poblaciones estelares basándonos en un análisis de índices de fuerza de las líneas espectrales de la muestra BaLROG. Encontramos evidencias importantes en cuanto a la cuestión dónde las barras influyen sus galaxias anfitrionas: i) en las regiones internas y ii) a lo largo del eje mayor de la barra. Ambos se encuentran en la cinemática y en las poblaciones. Nuestros resultados apuntan, por lo tanto, hacia una influencia común de las barras. Estas evidencias ayudan a guiar estudios estadísticos más extensos indicando dónde se puede buscar la evolución inducida por barras y, a la vez, establecen limitaciones importantes en la posible influencia de la evolución secular causada por barras. En concreto:
i) Se refleja por los dips en los perfiles de la velocidad estelar y del momento angular estelar a 0.2±0.1 de la longitud de la barra (o picos interiores a este valor), anticorrelaciones entre el momento Gauss-Hermite h3 y V/¿ dentro de 0.1 longitud de barra, propiedades internas en los perfiles de velocidad y de dispersión de velocidad que aumentan con la fuerza de barra, rupturas (breaks) en los perfiles de índice y de poblaciones estelares singulares (Single Stellar Population, SSP) a 0.13±0.06 longitud de barra y una correlacion entre metalicidades centrales muy elevadas y una anticorrelación más fuerte de h3-V/¿stellar. Todos estos resultados indican que las barras pueden alterar significativamente una parte determinada en las regiones internas, probablemente llevando material hacia esas zonas y provocando así la formación de estrellas, culminando en la formación de componentes internas. No obstante, parece que no llegan hacia el núcleo, solamente hacia las regiones circumnucleares.
ii) Se revela en particular en las poblaciones, donde encontramos un aplanamiento de los índices Fe5015 y Mgb a lo largo del eje mayor de la barra comparado con el eje menor y una muestra de control no-barrada. Esto se traduce en un aplanamiento de la metalicidad en las misma areas. Asímismo, se observa un aplanamiento suave del gradiente de la dispersion de velocidad estelar a medida que aumenta la fuerza de barra, a lo largo de ambos ejes. El aplanamiento de los parámetros de poblaciones estelares a lo largo del eje mayor de la barra comparado con otros ejes o galaxias no-barradas contiene informacion importante acerca de la estructura de la barra en sí misma. En vez de modificar gravemente la galaxia entera, las barras parecen ser estructuras autónomas con las estrellas fijadas en las órbitas de la barra. El aplanamiento a lo largo de esta estructura podría lograrse mediante la interacción de la creación de nuevas estructures, estrellas que por lo tanto se forman en un medio enriquecido, y la mezcla de órbitas a lo largo de la barra.
Para entender mejor la relación entre barras y bulbos, complementamos el estudio de BaLROG con un estudio de muy alta resolución espectral utilizando la unidad de campo integral WiFeS en el observatorio Siding Spring Observatory para observar tres bulbos. El análisis de sus respectivas historias de formación estelar revela edades viejas en la mayoría de la masa estelar en nuestro campo de vista, a pesar de la presencia de regiones de formación estelar reciente. A saber, encontramos que por lo menos 50% de la masa estelar ya existía hace 12 Gyr. Asímismo, detectamos una componente más jóven (edad entre ~1 a ~8 Gyr) cuya distribución hoy en día parece ser afectada mucho más notablemente por las estructuras morfológicas, en particular por las barras, que la vieja. En el estudio de BaLROG, ya detectamos una similitud entre bulbos y barras en oposición a sus discos. En particular, un número de barras viejas de tipos tempranos parece residir en un disco que forma estrellas, lo que sugiere que estas barras se formaron hace mucho tiempo y que han sobrevivido hasta el día de hoy.
Ambos estudios concuerdan en que el comienzo de la evolución secular inducida por barras ocurrió hace mucho tiempo, aunque muy probablemente fuese después de redshift~2, esto es, después del pico estimado de la historia de formación estelar cósmica. Ello implica que cualquier efecto posible de la evolución secular inducida por barras va a depender considerablemente de la masa que ya se formó en la proto-galaxia, y así también se explica la ausencia de efectos globales significativos de las barras. Estos resultados son una pieza muy importante del puzzle de la evolución de galaxias y nos ayudarán a restringir los modelos de formación de galaxias y motivarán futuras observaciones destinadas a detectar el comienzo de la evolución inducida por barras y sus efectos a alto redshift.