Os satélites da Via Láctea no contexto cosmológico

Abstract

O objetivo desta tese é analisar aspectos do sistema de satélites da Via Láctea de relevância cosmológica. Dentre estes aspectos destacam-se dois: o censo de satélites da Galáxia – onde constata-se que a quantidade destes objetos é muito inferior ao predito por modelos cosmológicos do tipo Matéria Escura Fria – e a frequência anômala de satélites luminosos, como a Pequena e Grande Nuvem de Magalhães (SMC e LMC respectivamente). Além disso, a determinação dos parâmetros estruturais da LMC pode impor vínculos a sua formação, histórico orbital e sobre a massa de nossa Galáxia. Neste trabalho é desenvolvida uma técnica de busca por satélites da Via Láctea. Esta técnica foi otimizada para utilizar dados da nova geração de grandes surveys de maneira eficiente. Este código, o FindSat, foi validado em uma amostra de galáxias anãs conhecidas e se mostrou eficiente em detectar as galáxias anãs mais tênues de que se tem registro. A aplicação desse código a uma região do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ainda não explorada nesse sentido revelou uma série de candidatos a novos satélites. Foram selecionados os candidatos mais promissores para observação de follow-up. Estas observações revelaram que um destes candidatos é de fato um novo satélite da Via Láctea. Este novo objeto é muito provavelmente um aglomerado globular do halo em estágio avançado de dissolução, porém, seu tamanho e magnitude integrada colocamno em um domínio limítrofe entre aglomerado e galáxia anã. Através da cuidadosa análise dos demais candidatos, constatou-se que nenhum outro é de fato um novo satélite da Galáxia. Além disso, foi realizado o estudo do perfil de densidade e geometria da LMC. Este estudo utilizou dados de verificação científica do Dark Energy Survey (DES). Constatase que o perfil de densidades para estrelas jovens (< 3 Gyr) possui um raio de escala cerca de 50% menor que o da população velha (> 3 Gyr), favorecendo o cenário de formação tipo outside-in. O estudo da extensão da componente estelar da LMC revela um raio de maré de cerca de 18 kpc, permitindo o cálculo da massa dinâmica total da LMC. O valor de massa obtido favorece a hipótese onde as Nuvens de Magalhães estariam por sua primeira passagem pelo perigaláctico. Além disso, a distância heliocêntrica e espessura do disco da LMC foram determinadas utilizando estrelas do Red Clump (RC). Notou-se que regiões no extremo norte da LMC estão sistematicamente mais próximas de nós do que o esperado, este efeito evidencia o warp no disco dessa galáxia. Observou-se que a espessura do disco aumenta na periferia da LMC, caracterizando o fenômeno de flare. O aumento na espessura juntamente com a maior extensão da população velha da LMC é interpretado como a presença de dois componentes discoidais. Esta é a primeira evidência desse tipo baseada apenas em métodos de contagem de estrelas.

The goal of this thesis is to analyse comologically relevant aspects of the Milky Way (MW) satellite system. Among these we may highlight two: the census of MW satellites – where the observed number of these objects is much less than what is expected by Cold Dark Matter (CDM) models – and the anomalous frequency of luminous satellites, such as the Small and Large Magellanic Clouds (SMC and LMC respectively). Besides the cosmological importance of the Clouds, the determination of its structural parameters may help to constraint models for their formation, orbital history, and ultimately the mass assembly in our Galaxy. In this work a technique to search newMWsatellites is developed. This technique was optimized to run efficiently on large datasets, such as the ones being generated by the new generation of surveys. The code, FindSat was validated in a sample of well known MW satellites and has proven to be well succeeded even for the most faint of these objects. The application of this code to an unexplored region of the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) revealed a large amount of new dwarf galaxy candidates, some of which where selected for follow-up observation. These observations led to the discovery of a new MW satellite. This new object is most likely a globular cluster in an extreme stage of dissolution. However, its integrated magnitude and size makes it difficult to discern it from a dwarf galaxy. By a careful analysis of the remaining candidates, it was shown that no other new satellite was in the sample. The density profile and geometry of the LMC was also analysed. This study used the recent science verification data from the Dark Energy Survey (DES). It was found that the density profile for young stars (< 3 Gyr) has a scale radius 50% smaller when compared to the one obtained for older stars (> 3 Gyr). This result favours the outsidein galaxy formation scenario. The total extension of the LMC stellar component was measured, allowing the estimate of a truncation radius of about 18 kpc. Assuming that this truncation has tidal origins the dynamical mass of the LMC is inferred. The mass value found favours the case for the first perigalactic passage of the Clouds. Besides that, the heliocentric distance and thickness of the LMC disk was determined using Red Clump (RC) stars. Evidence for warp was found in the North edge of the LMC, in the sense that the disk is systematically more distance than expected. While the thickness of the disk increases towards the outer parts of the LMC, which is a phenomena known as flare. This effect joined with the fact that the older LMC stellar population is more extended, favours the presence of two disk components in this galaxy. This is the first evidence of this kind based only on star counts.