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On the nature of fossil galaxy groups

an optical study with SDSS, WHT, and VLT data

Paul Eigenthaler

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Werner W. Zeilinger

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DOI

10.25365/thesis.14360

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-16427.45004.137375-4

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Galaxienwechselwirkungen und die Verschmelzung von Galaxien treten vorwiegend in losen Galaxiengruppen auf. Numerische Simulationen sowie die Beobachtungen im optischen und im Röntgenbereich der letzten Jahre haben gezeigt, dass dieser galaktische Kannibalismus zur Entstehung sogenannter fossiler Gruppen führen kann. Die dynamische Reibung als wesentlicher physikalischer Prozess fördert die Verschmelzung einzelner Galaxien in gewöhnlichen losen Galaxiengruppen, wobei eine zentrale, massereiche elliptische Galaxie das Endprodukt darstellt. Die Untersuchungen der letzten Jahre legen nahe, dass fossile Galaxiengruppen sehr häufig sind und als die Vorläufer der hellsten elliptischen Galaxien im Zentrum massereicher Haufen gelten könnten. Durch ihre unspektakuläre Erscheinung im Optischen konnten bis heute jedoch nur wenige fossile Gruppen identifiziert werden, weswegen erst wenig über ihre Entstehung und Entwicklung bekannt ist. In dieser Arbeit wurden ergänzend zu früheren Studien, die SDSS und RASS Durchmusterungen systematisch durchsucht, um neue fossile Galaxiengruppen, basierend auf deren optischen Auswahlkriterien, zu finden. Diese Suche resultierte in 34 neuen, zuvor noch nicht klassifizierten Kandidaten. Es wurden Beobachtungen mit dem Spektrographen ISIS am 4.2 m William Herschel Telescope (WHT) auf La Palma durchgeführt, um die stellaren Populationen und kinematischen Eigenschaften der zentralen elliptischen Galaxien von 6 fossilen Kandidaten zu untersuchen. Alter und Metallizität wurden mittels der Analyse von Lick/IDS indices und dem Fitten von single stellar population (SSP) Modellen an die beobachteten Galaxienspektren bestimmt. Dies lieferte Alters- und Metallizitätsgradienten, sowie die räumliche Variation der Absorptionslinienstärken in diesen Galaxien. Zusätzlich konnte mit dem multiobject Spektrographen VIMOS am ESO VLT die Galaxienpopulation des fossilen Kandidaten RX J1548.9+0851 untersucht werden, um Gruppenmitgliedschaften, die optische Leuchtkraftfunktion, Alter und Metallizität von Gruppenmitgliedern, sowie die Dynamik des Systems zu analysieren. Die beobachteten zentralen elliptischen Galaxien am WHT zeigen unter anderem negative Metallizitätsgradienten. Des Weiteren liegen diese Objekte auf der Faber-Jackson Relation und auf der Fundamentalebene von Galaxien frühen morphologischen Typs, was ein Entstehungsszenario ähnlich dem von gewöhnlichen elliptischen Galaxien nahelegt. Gruppenmitglieder des fossilen Kandidaten RX J1548.9+0851 zeigen eine klare Korrelation zwischen SSP Alter, Radialgeschwindigkeiten, sowie der Lage der Galaxien innerhalb der Gruppe. Die ältesten Mitglieder der Gruppe sind entlang einer filamentartigen Struktur, welche mit der Orientierung der Hauptachse der zentralen elliptischen Galaxie korreliert, verteilt. Da diese Objekte auch den Kern der beobachteten Radialgeschwindigkeitsverteilung bilden, ist es naheligend, dass diese Galaxien zuerst entstanden sind und ein virialisiertes subsample darstellen, welches die Orientierung des Dunkle-Materie-Halos der Gruppe skizziert. Die zentrale elliptische Galaxie zeigt außerdem ausgeprägte symmetrische Schalen entlang der Hauptachse der Galaxie, ein Indiz für einen kürzlichen minor merger.

Abstract

(Englisch)

Poor groups of galaxies are known to be the sites where galaxy-galaxy interactions and galaxy mergers dominate. Numerical simulations as well as optical and X-ray observations over the last few years have shown that this galactic cannibalism can lead to what is called a fossil group. Dynamical friction as the driving process leads to the coalescence of individual galaxies in ordinary poor groups, leaving behind nothing more than a central, massive elliptical galaxy, supposed to contain the merger history of the whole group. Recent studies suggest that fossil groups are very abundant and could be the progenitors of the brightest cluster galaxies (BCGs) in the centers of rich galaxy clusters. However, because of their unremarkable appearance in the optical, only a few fossils have been identified up to now, leaving their process of formation and evolution unclear. Complementary to previous research, the SDSS and RASS surveys have been cross-correlated to identify new fossil structures based on the optical selection criteria for fossils as defined in the literature. This query resulted in 34 newly etected and previously unidentified fossil group candidates. Observations with ISIS at the 4.2m William Herschel Telescope on La Palma have been carried out to study the stellar populations and kinematics of the central ellipticals of six fossil candidates. Ages and metallicities have been determined by analysing Lick indices and fitting single stellar population (SSP) models to the observed galaxy spectra resulting in age, metallicity, and line strength gradients for these galaxies. Complementary, multi-object spectroscopy with ESO VLT VIMOS has been carried out for the fossil candidate RX J1548.9+0851 to determine group memberships, study the optical luminosity function down to MR = −18, investigate SSP ages and metallicities of member galaxies, and study the luminosity-weighted dynamics of the system to shed new light on the formation and evolution of fossils. Amongst others, results have revealed negative metallicity and abundance gradients for all fossil central ellipticals observed at the WHT. The galaxies fall on the Faber-Jackson relation and fundamental plane of early-type galaxies suggesting a similar formation scenario compared to ordinary ellipticals. Group members of the fossil candidate RX J1548.9+0851 show a clear correlation between SSP ages, radial velocities, and the galaxy location within the group. The sample of old member galaxies is distributed along an elongated structure within the system, correlated with the orientation of the major axis of the central elliptical. As they lie at the center of the radial velocity distribution, this suggests that these galaxies formed first, building up a virialized subsample tracing the dark matter halo of the aggregate. The morphology of the central elliptical reveals pronounced symmetric shells along the galaxy major axis indicative of a recent minor merger.

Autor*innen

Paul Eigenthaler

Haupttitel (Englisch)

On the nature of fossil galaxy groups

Hauptuntertitel (Englisch)

an optical study with SDSS, WHT, and VLT data

Paralleltitel (Deutsch)

Über die Natur fossiler Galaxiengruppen

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

IX, 177 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Roberto Rampazzo ,

Bodo Ziegler

Klassifikation

39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme, Galaxien

AC Nummer

AC08539330

Utheses ID

12884

Studienkennzahl

UA | 091 | 413 | |

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Schlagwörter