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Modelo politrópico de cúmulo de galaxias con segregación morfológica inducida por barrido de presión cinética

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Universitat de Barcelona. Departament d'Astronomia i Meteorologia

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[spa] El desarrollo de un modelo politrópico y autoconsistente de cúmulo rico de galaxias ha permitido caracterizar las propiedades estructurales y cinemáticas típicas de estos sistemas, así como estudiar detalladamente los efectos que la presión cinética del medio intergaláctico tiene en la segregación morfológica de las galaxias de disco.En la elaboración de dicho modelo se ha intentado utilizar el menor número de hipótesis a la vez que incluir todas las propiedades típicas conocidas de estos sistemas, lo que ha obligado a sacar el máximo partido de la totalidad de la información observacional disponible (en forma de perfiles radiales, correlaciones entre propiedades integrales  y valores característicos de algunos parámetros). De esta manera, adoptando como única hipótesis una ecuación politrópica para el gas intracumular, se ha obtenido un modelo de cúmulo que puede ser utilizado como estándar de comparación y que es totalmente consistente con las observaciones. Otra de las características del modelo desarrollado es su gran sencillez matemática (para algunas aplicaciones concretas admite incluso una aproximación totalmente analítica), la cual influye positivamente tanto en su manejabilidad como en la interpretación física de los resultados. Con este modelo es posible determinar, entre otras, las propiedades cinemáticas características (en forma de perfiles radiales) de un gas de galaxias anisótropo, así como la distribución y cuantía de la materia oscura contenida en estos sistemas.Los resultados obtenidos indican que las propiedades observadas de los cúmulos ricos de galaxias cercanos son compatibles con el hecho de que éstos constituyen una familia uniparamétrica de estructuras cuasi-estacionarias, con la densidad central de galaxias (o la riqueza) como único parámetro libre.En cuanto a las características cinemáticas del modelo desarrollado cabe destacar que éste ha permitido probar, siempre que se admita la validez de la hipótesis politrópica, que la anisotropía del tensor local de velocidades de las galaxias es radial. De hecho, este tipo de comportamiento ofrece una solución natural a lo que se ha dado en llamar el "problema energético", el cual está relacionado con los distintos valores, teóricos observacionales, que pueden determinarse para la razón de energías específicas entre las dos componentes de la materia luminosa de los cúmulos: galaxias y gas.

A pesar de que la inclusión de la hipótesis politrópica conduce a una anisotropía quizás excesiva pequeños radios, el desconocimiento que actualmente se tiene de la forma exacta del perfil de temperatura del gas intracumular hace que los modelos politrópicos como el desarrollado sean los que menos arbitrariedad introducen en los resultados (éstos tan sólo dependen del valor que toma el índice politrópico).  En este sentido cabe resaltar que en el presente trabajo se ha obtenido la mejor acotación conocida (y de hecho relativamente estricta: [1.0,1.2)) de dicho índice. Si bien esta acotación no permite todavía discernir entre una razón masa-luminosidad creciente o decreciente con el radio del cúmulo, apunta, en todo caso, hacia una variación radial bastante moderada de la misma.

Por otro lado, con la ayuda del modelo politrópico estándar desarrollado, hemos procedido a analizar, en las condiciones que actualmente se dan en el interior de los cúmulos ricos de galaxias, la eficacia de la presión cinética del medio intergaláctico en el barrido de los discos de las galaxias. De esta manera se ha podido obtener una perspectiva global (es decir, a nivel de todo el cúmulo) de los efectos que tiene dicho mecanismo sobre la segregación morfológica de las galaxias de disco, comprobándose además la consistencia del modelo estándar de cúmulo con la segregación morfológica observada.

Uno de los resultados más destacables es la confirmación, a nivel cualitativo, de que una propiedad global de los cúmulos como es la concentración (N(0), juega un papel decisivo en la segregación morfológica de las galaxias de disco. No obstante, en las regiones más centrales de los cúmulos ricos, o globalmente para los cúmulos más pobres (en particular, los cúmulos de baja concentración, N(0) < 15, han resultado ser prácticamente insensibles a la actuación de este mecanismo), parece quedar excluido que el barrido por presión cinética del medio intracumular ("Ram Pressure Stripping", RPS) sea el único mecanismo evolutivo. Por contra, las simulaciones efectuadas han resultado ser relativamente insensibles tanto a los diferentes valores adoptados para el índice politrópico como al grado de anisotropía del tensor de velocidades de las galaxias. De hecho, no ha sido posible descartar ninguno de los casos analizados por elevada que fuera su anisotropía radial.

En cuanto a los resultados cuantitativos, los valores obtenidos de la fracción global (máxima) de galaxias espirales supervivientes al RPS han resultado ser siempre superiores (aún sin tener en cuenta la incidencia del ángulo de barrido) a los valores determinados a partir de la anticorrelación observada entre dicha fracción (F(s)) y la riqueza del cúmulo (N(0)). En este sentido, el marcado incremento que se observa de la fracción de galaxias elípticas en las regiones más centrales de los cúmulos, señala a la fusión de galaxias corno uno de los posibles mecanismos complementarios a la acción del RPS en dichas regiones.

PALABRAS CLAVE: Cosmología· Galaxias - Gravitación.

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[eng] We have developed a uniparametric spherically symmetric politropic standard model for rich clusters of galaxies fully consistent with all the observational information presently available. This model allows to infer both the kinematical and dynamical properties of cluster components (including the dark matter distribution and the anisotropy profile of galaxies). Moreover, simplicity is one of its major virtues providing, in many cases, analytical solutions. Some of the initially free parameters used in the model are fixed to their typical observational values, while the remaining ones are related with each other and with the former throughout the best known observational correlations involving global cluster such as L(X)-N(0), N(0)-sigma(los) and T(X)-sigma(los). The requirement that the cluster model was physically consistent at least inside one Abell radius have allowed us to strongly constrain the values of the politropic index (gamma belongs [1.0,1.2]). With this model we have also carried out a detailed study of the role that ram pressure ablation of the interstellar medium plays in the morphological segregation of disk galaxies in nearby rich clusters. The reproduction of the observed anti-correlation L(x)-F(s) has provided an additional proof of the internal consistency of the model. The analysis of the efficiency of above mentioned mechanism also demonstrates that both, local and global fractions of unstriped spiral galaxies are strongly dependent on global cluster property such as cluster concentration (N(0)). On the contrary, these fractions are roughly independent of the values of other cluster parameters and the degree of anisotropy of the model.

KEY WORDS: Cosmology - Galaxies - Gravitation.

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Tesis Doctorals - Departament - Astronomia i Meteorologia

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Modelo politrópico de cúmulo de galaxias con segregación morfológica inducida por barrido de presión cinética