Agujeros negros de masa estelar en el Universo temprano

Abstract

Aproximadamente ∼ 0.4 Myr después del Big Bang, el Universo se enfrió permitiendo la formación de hidrógeno neutro en el medio intergaláctico. Sin embargo, ∼1 Gyr después del Big Bang, luego de la formación de las primeras galaxias, el medio intergaláctico se encontraba nuevamente ionizado. La naturaleza de las fuentes que proveyeron la energía necesaria para reionizar el Universo es aún tema de debate. A pesar de que se atribuye a los fotones ultravioleta emitidos por las primeras poblaciones estelares la mayor parte de la reionización, se ha propuesto que la radiación X emitida por las binarias de rayos X de alta masa (HMXBs) podría haber contribuido a la ionización y al calentamiento del<br />medio a gran escala. La importancia del efecto de estas fuentes en el Universo primordial depende del tamaño de las poblaciones, de las características de la emisión y de su interacción con el medio<br />circundante.<br />En este contexto, en la presente Tesis analizamos el supuesto incremento en el número y la luminosidad de las binarias de rayos X de alta masa en galaxias de baja metalicidad. Para corroborar esta hipótesis, compilamos de la literatura una muestra observacional del tamaño y la luminosidad en X de poblaciones de HMXBs en galaxias cercanas, con estimaciones de metalicidad y tasa de formación estelar. Mediante inferencia bayesiana ajustamos modelos de la dependencia en la metalicidad del tamaño y la luminosidad de estas poblaciones. Concluimos que las HMXBs son típicamente diez veces más numerosas por unidad de tasa de formación estelar en galaxias de baja metalicidad (12+log(O/H)<8 que equivale a <20% solar) que en galaxias con metalicidad solar. La dependencia de la luminosidad de las HMXBs en la metalicidad es pequeña comparada con la del tamaño de la población. Estos resultados refuerzan la necesidad de considerar el feedback en forma de rayos X y flujos de materia de estas fuentes energéticas en el Universo temprano.<br />Algunas binarias de rayos X, conocidas como microcuásares (MQs) expulsan chorros colimados de materia relativista (jets) que interactúan con el medio circundante. En esta Tesis exploramos la contribución de los electrones acelerados en los jets de microcuásares al calentamiento y la ionización del medio intergaláctico durante la Época de Reionización. Desarollamos simulaciones tipo Monte Carlo de la propagación y deposición de energía de dichos electrones en su trayectoria a través del medio,<br />y encontramos que los MQs contribuyen significativamente al calentamiento del medio intergaláctico pero que solo ionizan cerca de las galaxias. Su efecto al calentamiento es del mismo orden de magnitud que el de los rayos cósmicos acelerados en supernovas.