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The properties of late-type galaxies in environments of clusters at their peak assembly epoch
Bianca-Iulia Ciocan
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Astronomie)
Betreuer*in
Bodo Ziegler
DOI
10.25365/thesis.73646
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30489.93636.834893-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Wir analysieren quantitativ die Sternentstehungsraten, die Gasmetallizitäten, die Ionisierungsmechanismen, die Stern- und Gasmorphologien sowie die Gaskinematik von Haufenmitgliedern mit aktiver Sternentstehung, um den Einfluss verschiedener gravitativer und hydrodynamischer Wechselwirkungen zu untersuchen, die die Galaxienentwicklung in Galaxienhaufen vorantreiben. Wir untersuchen die kosmische Epoche in der die Galaxienhaufenbildung ihren Höhepunkt erreicht, d.h. mittlere Rotverschiebungen von z∼ 0.4, bei dennen die inneren Regionen der großräumigen Strukturen Virialisierung erreichen. Die Galaxien, die wir untersuchen, haben Sternmassen in dem Bereich von Zwerggalaxien (log(M∗/M⊙) < 9,5) bis hin zu den hellsten Haufengalaxien (log(M∗/M⊙) ∼ 11), so dass wir den Einfluss der Umgebung in Abhängigkeit von der Masse der Systeme betrachten können. Dazu verwenden wir hochauflösende 2D- und vor allem 3D-spektroskopische Beobachtungen mit ESO/VLT, die mit Instrumenten wie VIMOS und MUSE aufgenommen worden sind. Die 3D-spektroskopischen Daten ermöglichen uns eine pixelgenaue Analyse der physikalischen Eigenschaften des warmen ionisierten Gases, das im interstellaren Medium der untersuchten Galaxien eingeschlossen ist, durchzuführen. Die spektroskopischen Beobachtungen werden durch hochauflösende optische und infrarote photometrische Beobachtungen mit Teleskopen wie HST und VLT/HAWK-I, sowie durch ALMA sub-mm Datenergänzt. Diese Beobachtungen ermöglichenes uns, die stellare Struktur und die kalte molekulare Gaskomponente in den Galaxien zu untersuchen. Wir analysieren verschiedene Skalenrelationen, wie zum Beispiel die Masse-Sternentstehungsrate, die Masse- Gasmetallizität, die fundamentale Metallizität, die Tully-Fisher und die Masse-S0.5 -Relation für Galaxien in dichten Umgebungen, im Vergleich zu denen, die von isolierten Feldgalaxien eingehalten werden. Dies ermöglicht es uns, nach haufenspezifischer Wechselwirkungen zu suchen, indem wir beispielsweise erhöhte Gasmetallizitäten und/oder gestörte Gas-Geschwindigkeitsfelder und -Morphologien als Tracer verwenden. Unsere Beobachtungsergebnisse zeigen, dass Galaxienhaufenmitglieder höchstwahrscheinlich sowohl von gravitativen als auch hydrodynamischen umweltspezifische Wechselwirkungsmechanismen beeinflusst werden. Die Mitglieder des Haufens RX J2248-4431 mit durchschittlichen stellaren Massen zeigen höhere Gas Metallizitäten als Feldgalaxien mit ähnlichen Massen und Rotverschiebungen. Auch zeigen diese Galaxien höhere Gas Metallizitäten als von der fundamentalen Metallizitätsrelation vorhergesagt, was darauf hindeutet, dass der Zufluss von metallarmen Gas beim Eintritt der Galaxien in den Haufen gestoppt wird, und dass der Staudruck im Haufen das Halogas entfernt. Die hellste Galaxie des Galaxienhaufens MACS 1931.8- 2635 zeigt wahrscheinlich den Einfluss der sogenannten chaotischen kalten Akkretion. Das bedeutet, dass das System durch Gas gespeist wird, das aufgrund der Rückkopplung durch das supermassive Schwarze Loch aus dem heissen Medium innerhalb des Haufens auskondensiert ist. Für die massearmen Mitglieder der Galaxienhaufen MACS J0416.1-2403 stellen wir fest, dass ∼65% gestörte Gasgeschwindigkeitsfelder und 60% gestörte stellare Morphologien aufweisen und dass sie von den verschiedenen Skalenrelationen abweichen. Das weist darauf hin, dass diese Galaxien (als Teil einer Galaxiengruppe) vor ihrem Einfall in den Haufen gravitativen Wechselwirkungen unterlagen. Zusätzlich sind diese Systeme von Staudruck in dem Haufen betroffen.
Abstract
(Englisch)
To reveal the importance of various mechanisms driving galaxy evolution in the most massive structures of the Universe, galaxy clusters, we quantitatively investigate the star formation rates, gas metallicities, ion- ising mechanisms, stellar and gas morphologies, as well as the gas kinematics of a representative sample of star-forming cluster members. We probe the cosmic epoch at which cluster assembly peaks, i.e. intermediate redshifts of z∼ 0.4, when the inner regions of the large-scale structures achieve virialisation. The galaxies we study span a wide range of stellar masses, from the dwarf regime (log(M∗/M⊙) < 9.5) up to the brightest cluster galaxies (log(M∗/M⊙) ∼ 11), allowing us to probe the effect of environment-specific interactions on different mass scales. For this, we employ high-resolution 2D and, more importantly, 3D spectroscopic observations from world-class facilities such as ESO/VLT, using the instruments VIMOS and MUSE. The 3D spectroscopic data allow us to perform a pixel-by-pixel analysis of the physical properties of the warm ionised gas confined in the interstellar medium of the galaxies under scrutiny. The spectroscopic observations are supplemented by high-resolution optical and infrared photometry from space- and ground-based telescopes such as HST and the VLT/HAWK-I, as well as by ALMA sub-mm observations. These observations allow us to probe the stellar structure and cold molecular gas component in the target galaxies, respectively. We study different scaling relations including the mass-star formation rate, the mass-gas-phase metallicity, the fundamental metallicity, the Tully-Fisher, and the mass- S0.5 relation for galaxies in high-density environments, compared to those obeyed by isolated field galaxies. This allows us to search for signatures of cluster-specific interaction mechanisms using for example enhanced gas-phase metallicities and/or disturbed gas velocity fields and morphologies as tracers. Our observational results demonstrate that late-type cluster galaxies are most probably affected by both gravitational and hydrodynamical environmental mechanisms. The intermediate-mass RX J2248-4431 cluster members show more enhanced gas-phase metallicities than their field counterparts and than predicted by the fundamental metallicity relation, hinting at the cutoff of pristine gas inflow from the cosmic web, when the galaxies are accreted into the cluster, together with ram pressure stripping of their halo gas as the environmental mechanisms responsible for these discrepancies. At the high mass end, we find that the brightest cluster galaxy of the MACS 1931.8-2635 galaxy cluster is possibly affected by so-called chaotic cold accretion, meaning that the system is fuelled by gas, which has condensed from the intra-cluster medium, owing to the feedback from the supermassive black hole. From the sample of low-mass MACS J0416.1-2403 cluster galaxies, we find that ∼65% have a substantial contribution of unordered motions to their gas velocity fields, and that 60% show disturbed stellar morphologies. They are offset from the scaling relations of undisturbed/isolated galaxies, hinting at preprocessing before infall into the cluster and ram pressure stripping as the environmental mechanisms driving these offsets.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Galaxienentwicklung Galaxienhaufen
Schlagwörter
(Englisch)
galaxy evolution galaxy clusters
Autor*innen
Bianca-Iulia Ciocan
Haupttitel (Englisch)
The properties of late-type galaxies in environments of clusters at their peak assembly epoch
Paralleltitel (Deutsch)
Die Eigenschaften von Galaxien des späten Typs in der Umgebung von Galaxienhaufen am mittlere Rotverschiebungen
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
viii, 121 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Helmut Dannerbauer ,
Yannick Bahe
Klassifikation
39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme. Galaxien
AC Nummer
AC16868251
Utheses ID
66706
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 413 |