Understanding the outskirts of disc galaxies

Las regiones externas de las galaxias contienen multiples pistas sobre los procesos de formacion que dieron lugar a los distintos tipos morfologicos observados en la actualidad y su evolucion. Sin embargo, el analisis del Universo a bajo brillo superficial esta limitado por la profundidad de las imagenes actuales y la presencia de diversos tipos de efectos sistematicos; efectos de proyeccion, contaminacion por funcion de dispersion de punto (PSF), sobre-substraccion de nivel de cielo, entre otros. En esta tesis doctoral nos centramos en el estudio de las propiedades de las partes externas de las galaxias de disco, combinando simulaciones, modelos y observaciones con nuevos metodos y herramientas estadisticas para evitar efectos sistematicos. En la primera parte de esta tesis (Borlaff et al. 2016) nos centramos en el efecto del incremento de la escala vertical de disco como funcion del radio galactico sobre los perfiles de brillo superficial de galaxias de canto. Este fenomeno (llamado flaring) ha sido detectado en el disco estelar de simulaciones de galaxias y en galaxias reales, incluyendo la propia Via Lactea. Mediante el uso de modelos de galaxias 3D realistas basados en observaciones, demostramos que los flares pueden producir truncamientos en los perfiles de brillo superficial de galaxias con muy alta inclinacion. Por otro lado, los flares no producen ningun efecto en galaxias a baja inclinacion, lo cual explica parcialmente la relativa alta frecuencia de deteccion de truncamientos en galaxias de canto. Ademas, nuestros modelos reproducen la distribucion del cociente entre la escala de disco interna y externa al truncamiento (Martin-Navarro et al. 2012), previamente asociada a una caida brusca en la tasa de formacion estelar. Finalmente, observamos que los flares explican la caida en la intensidad de los truncamientos a mayores distancias del plano galactico observada por Pohlen et al. (2007) y Martinez-Lombilla et al. (2018). En Borlaff et al. (2017, 2018) analizamos las propiedades de los discos antitruncados de galaxias lenticulares a distancias cosmologicas. El objetivo es comprobar si las relaciones de escala en estructura y fotometria descubiertas previamente en Borlaff et al. (2014) en galaxias lenticulares con perfil Tipo III a z = 0 son compatibles con una muestra de objetos del mismo tipo fuera del Universo local. En Borlaff et al. (2017) identificamos una muestra de galaxias de la secuencia roja en el campo cosmologico GOODS-N, clasificandolas morfologicamente por su forma aparente, perfil de brillo superficial y la tasa de formacion estelar (SFR). Despues, descomponemos y corregimos las imagenes de efectos de PSF. Generamos perfiles de brillo superficial y los clasificamos en los distintos subtipos mediante el uso de herramientas estadisticamente robustas desarrolladas por nosotros con este objetivo. Finalmente identificamos 14 galaxias S0 con perfiles Tipo III a 0.2 < z < 0.6. En el segundo articulo de la serie (Borlaff et al. 2018), analizamos las propiedades estructurales y fotometricas de los discos antitruncados de esta muestra, comparandolas con una muestra de objetos del mismo tipo en el Universo local. Los resultados mues- tran que la estructura general de los discos antitruncados en galaxias lenticulares no ha cambiado significativamente desde 0.4 < z < 0.6, aunque su brillo en la banda R ha disminuido en ∆μ ∼ 1.5 mag arcsec −2 desde z ∼ 0.6. Comparamos los resultados con una red de evolucion de modelos de poblacion estelar unica (SSP) con el objetivo de obtener una estimacion sobre la epoca de formacion de la poblacion estelar dominante en las galaxias S0 Tipo III. Los modelos muestran que, si la historia de formacion estelar (SFH) de las S0 Tipo III puede aproximarse como un unico brote de poblacion estelar, este brote tuvo que tener lugar a z < 1.2. En cualquier otro caso, la SFH debe ser mas extendida en el tiempo o presentar diversos brotes de formacion estelar. El ultimo capitulo de la tesis esta dedicado a las observaciones en infrarrojo cercano (NIR) del Campo Ultra Profundo de Hubble (HUDF). Para continuar el analisis de las partes externas de galaxias de disco hacia rangos mayores de desplazamiento al rojo son necesarias observaciones en el rango espectroscopico del NIR. Sin embargo, el limite de brillo superficial de la mayor parte de las exploraciones desde telescopios en tierra o espaciales esta dominada por efectos sistematicos, en lugar del cociente de senal a ruido. Los efectos de sobre-sustraccion de cielo, contaminacion de PSF, persistencia en el NIR y residuos de correccion de campo plano generan desviaciones irreversibles en los mosaicos finales y por lo tanto en los resultados cientificos. Mitigar estos efectos requiere un tratamiento cuidadoso y robusto de las exposiciones individuales. Se ha observado que la estructura de bajo brillo superficial de los mosaicos de HUDF obtenidos usando la camara WFC3/IR del Hubble Space Telescope (ver XDF, Illingworth et al. 2013; HUDF12, Koekemoer et al. 2013) fue significativamente sobre sustraida durante el proceso de reduccion de los datos. En Borlaff et al. (submitted) probamos una serie de tecnicas para mejorar el proceso de reduccion de datos de WFC3/IR en el HUDF. Estos metodos incluyen auto-calibracion de campo plano, correccion de persistencia, correccion de gradientes residuales y ajuste del nivel de cielo relativo de las exposiciones, asi como combinacion robusta de las imagenes. Como resultado de estas mejoras, recuperamos la estructura externa de las galaxias presentes en los mosaicos, aumentando la profundidad de las imagenes debido a la reduccion de los efectos sistematicos. La nueva version de los mosaicos NIR del HUDF preserva mejor las propiedades de los objetos a todas las escalas angulares y de intensidad, permitiendo de esta manera el estudio del Universo a bajo brillo superficial mediante todas las tecnicas actuales y propuestas.