Departamento de Astronomía Extragaláctica

Grupo 3D-GAL

El grupo 3D-GAL investiga la evolución de las galaxias debido a la influencia de su entorno cosmológico. Combinan técnicas observacionales y de tratamiento de datos que cubren el flujo completo de trabajo astronómico, desde el uso del telescopio hasta la obtención de resultados, para estudiar las propiedades de millones de galaxias y su relación con el entorno.

Simulación de la «red cósmica», la vasta red de hilos y filamentos que se extiende por todo el Universo. Crédito: ESA

Contexto

Se estima que existen más de 100 billones de galaxias en el universo observable. A gran escala, la gravedad agrupa las galaxias en grandes cúmulos que se conectan entre sí a través de filamentos más estrechos, también hechos de galaxias y separados por vacíos. De este modo, el universo observable presenta una estructura bien definida de red tridimensional conocida como red cósmica.

En las últimas décadas, el avance progresivo de los grandes sondeos extragalácticos ha permitido estudiar las galaxias con un nuevo nivel de detalle. Gracias a ello, hoy es posible investigar si la evolución de las galaxias a lo largo del tiempo cósmico —reflejada en cambios en su estructura, dinámica y contenido físico— depende únicamente de sus propiedades intrínsecas o también de su posición y de la densidad de galaxias que tengan a su alrededor dentro de la red cósmica.

Esta cuestión forma parte de la búsqueda de los procesos físicos fundamentales que gobiernan la evolución de las galaxias. Responderla implica desvelar los sutiles vínculos entre la estructura a gran escala del Universo y las propiedades físicas detalladas de las galaxias. Para ello, el grupo 3D-GAL estudia tanto propiedades locales como globales de millones de galaxias en diferentes entornos cosmológicos.

Líneas de Investigación

Para desentrañar la relación entre la evolución de una galaxia y su entorno, el grupo tiene dos objetivos principales:

Analizar las propiedades locales de las estructuras internas de galaxias cercanas, como las tasas de formación estelar, las edades estelares y las metalicidades, y estudiar su variación en función del entorno dentro de la red cósmica (dependiendo de si está en vacíos, filamentos, nodos o grandes estructuras como supercúmulos).
Investigar las propiedades globales de muchas galaxias, como su masa o contenido estelar, a diferentes distancias (hasta un redshift ), y estudiar así cómo evolucionan a lo largo de la historia del Universo a la vez que se ha ido configurando la red cósmica.

La actividad científica del grupo se enmarca en dos grandes líneas:

Técnicas observacionales de sondeos extragalácticos

El grupo es experto en el manejo y explotación de datos de galaxias espacialmente resueltos mediante espectroscopía bidimensional, combinando dos aproximaciones complementarias:

Espectroscopía de campo integral (IFS). Extraen información detallada de galaxias cercanas obteniendo de forma simultánea la imagen en dos dimensiones y el espectro en cada posición, lo que permite reconstruir sus propiedades físicas internas (cinemática, composición química, historia de formación estelar) a escala local.
Fotometría multibanda. Miden el brillo de galaxias a distintas distancias en un amplio rango de longitud de onda (desde el ultravioleta cercano al infrarrojo cercano) mediante decenas de filtros. Esto genera un cubo de datos equivalente en esencia a la información obtenida mediante IFS, que permite reconstruir tanto las propiedades globales de las galaxias como su evolución a gran escala.

Espectro de la región más brillante de la galaxia irregular NGC 3991, extraído del cubo de datos en el rango óptico obtenido con el espectrógrafo de campo integral del telescopio de 3.5 m de Calar Alto. Crédito: Rubén García-Benito

Los datos se obtienen de grandes cartografiados de galaxias en los que el grupo está plenamente involucrado: J-PAS del Observatorio de Javalambre (Teruel), CAVITY del Observatorio de Calar Alto (Almería) y WEAVE del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma).

Además, su experiencia observacional incluye la reducción de datos crudos de telescopio transformándolos en datos científicos analizables, así como la elaboración de catálogos de valor añadido (VAC) de propiedades de galaxias. En este ámbito colabora habitualmente con otros equipos investigadores que requieren su conocimiento especializado en el tratamiento de estos datos.

Metodologías de análisis de datos de sondeos extragalácticos

Para extraer información relevante a partir de los datos obtenidos mediante las técnicas observacionales, se dedican a:

Desarrollar técnicas avanzadas de SED-fitting (ajuste de distribuciones espectrales de energía), que comparan las observaciones de galaxias con modelos teóricos para inferir sus propiedades físicas.
Desarrollar técnicas de análisis basadas en inteligencia artificial, que analizan de manera eficiente el gran volumen de datos generados en los sondeos e identifican patrones complejos.
Crear nuevas herramientas de sonificación de datos astronómicos, que analizan información compleja a través del sonido y promueven la inclusión y la accesibilidad.

La imagen muestra el cubo de datos de la galaxia espiral NGC 2916, generado con espectroscopía de campo integral. Cada punto de la imagen contiene información espectral que puede visualizarse y escucharse mediante sonificación de forma interactiva. Créditos: Rubén García-Benito

El grupo

Integrantes

Rosa González Delgado (Profesora de Investigación, IP)
Rubén García Benito (Científico Titular, IP)
Luis Díaz García (PostDoc)
Ginés Martínez Solaeche (PostDoc)
Julio Rodríguez Martín (PostDoc)
Ana Conrado Pérez (PreDoc)

Historia

El grupo de investigación se inició en 1998 bajo el liderazgo de la Dra. Rosa María González Delgado, cuyos estudios se centraban en la formación estelar intensa en galaxias, la actividad nuclear, la síntesis de poblaciones estelares y sus implicaciones para la evolución galáctica. Con el tiempo, el grupo amplió sus líneas metodológicas y evolucionó hacia el uso de técnicas de espectroscopía de campo integral (IFS).

A partir de 2010, el grupo alcanzó una etapa de consolidación con la incorporación del Dr. Rubén García-Benito, fortaleciendo su capacidad para el análisis de grandes cartografiados espectroscópicos. Desde entonces, ha mantenido una evolución continuada mediante proyectos competitivos de investigación y ha contribuido significativamente a la formación de jóvenes investigadores a través de la dirección de ocho tesis doctorales.

Información destacada

El grupo destaca por su vocación de servicio a la comunidad científica y por su esfuerzo en acercar la ciencia a la sociedad de manera accesible.

Forman parte de la Comisión de Igualdad, Diversidad e Inclusión del IAA, y llevan a cabo proyectos de divulgación, de arte y ciencia y de sonificación. Algunos de sus principales proyectos son: Soninautas, un videojuego de realidad virtual basado íntegramente en sonificación; Animación 3D Califa: City of Light o el Mandala de Califa, una representación visual de datos que fue portada del Astronomy & Astrophysics Journal (Volumen 582, octubre de 2015).

Además, Rubén García Benito y Rosa González Delgado son investigadores garantes del programa Severo Ochoa, Rosa González Delgado es miembro de la Comisión de área de Materia del CSIC y ambos han participado en numerosos comités científicos de evaluación.

Grandes consorcios internacionales y misiones

J-PAS

El grupo 3D-GAL es miembro fundador del gran sondeo de fotometría multibanda J-PAS (Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey) del Observatorio de Javalambre (Teruel) y colidera su programa de evolución de galaxias.

Al cubrir un área del cielo de aproximadamente 8500 grados cuadrados, el sondeo, que comenzó en 2020, les permitirá realizar estudios en dos dimensiones de las poblaciones estelares y de la morfología de aquellas galaxias lo suficientemente cercanas como para ser resueltas angularmente.

También participan en la verificación de calidad y completitud del primer conjunto de datos y crean Catálogos de Valor Añadido (VACs), facilitando el uso de datos de J-PAS para la comunidad internacional.

CAVITY

El grupo 3D-GAL es miembro fundador del sondeo de espectroscopía de campo integral CAVITY (Calar Alto Void Integral-field Treasury surveY) y forma parte del equipo científico internacional que lo desarrolla en el Observatorio de Calar Alto (Almería), bajo el liderazgo de la Universidad de Granada. En particular, lidera la reducción y calibración de los datos, así como su liberación pública, y participa activamente en el control de calidad.

El objetivo del sondeo, que comenzó en 2021, es generar el primer conjunto de datos estadísticamente completo de galaxias en vacíos cósmicos, estudiando cómo ensamblan su masa, tanto oscura como bariónica, y las propiedades del gas.

WEAVE

3D-GAL forma parte del grupo científico de WEAVE, el espectrógrafo multifibra de última generación instalado en el telescopio William Herschel (WHT) del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), y participa en 2 de sus 8 sondeos WEAVE/Apertif, que fundaron, y WEAVE/StePS.

Mientras que WEAVE-Apertif servirá para estudiar la evolución de galaxias ricas en gas y el efecto del entorno en su formación estelar y dinámica, con WEAVE-StePS se podrá analizar cómo han evolucionado las poblaciones estelares de galaxias situadas a distancias intermedias a lo largo del tiempo cósmico.