Study of the early stages in the formation of super star clusters

Abstract

This thesis aims to study the earliest heavily obscured phases of massive star formation in starburst (SB) galaxies through a multi-line analysis of the HC3N rotational transitions from the ground and vibrationally excited states (HC3N*). Due to its unique spectroscopic properties, we also discuss the potential of HC3N* as a tool to discern whether the obscured nuclei of galaxies are being heated by a SB or by an accreting super massive black hole (i.e. an active galactic nucleus; AGN). Star formation is one of the most relevant physical processes in the formation and evolution of a galaxy. In particular, the energy released back (feedback) to their surrounding interstellar medium (ISM) from massive stars profoundly impacts the galaxy’s evolution. In a SB galaxy, most star formation takes place in the nucleus and in the form of compact massive star clusters known as superstar clusters (SSCs), which represent one of the most extreme models of star formation. Another major source of energy that can profoundly impact the ISM of a galaxy is an AGN. Both massive star formation and the AGN can reduce the star formation efficiency of a galaxy and even halt future star formation through feedback mechanisms. Hence, to study the physical conditions of the gas driving the formation of SSCs and shed light on the formation of massive stars, which is still not well understood, we need to observe the earliest phases of massive star formation before significant feedback intervenes...

El objetivo de esta tesis es el estudio de las fases más tempranas y oscurecidas de la formación estelar masiva en galaxias con un brote de formación estelar (starburst; SB) mediante la emisión de HC3N proveniente de sus estados vibracionalmente excitados (HC3N*). Debido a las propiedades espectrales únicas de HC3N*, se estudia también su potencial como posible herramienta para discernir si los núcleos oscurecidos de galaxias están siendo calentados por un SB o por la acreción de un agujero negro súper masivo (AGN).La formación estelar es uno de los procesos más relevantes en la formación y evolución de galaxias. En particular, la energía que liberan (feedback) al medio interestelar (ISM) las estrellas masivas tiene un impacto profundo en la evolución de una galaxia. En las galaxias SB, la mayoría de esta formación estelar está localizada en el núcleo en forma de súper cúmulos de estrellas (SSCs), que representan uno de los modos más extremos de formación estelar. Otra fuente importante de energía en una galaxia que puede alterar su ISM es un AGN. Ambos, la formación estelar masiva y el AGN, pueden reducirla eficiencia de la formación estelar de una galaxia e incluso detenerla a través de su feedback. Por lo tanto, para estudiar las condiciones físicas del gas que está formando los SSCs y comprender mejor la formación de estrellas masivas, necesitamos observar las fases más tempranas de su formación, antes de que el feedback haya tenido lugar...