Detailansicht
Dark matter haloes
the invisible hosts of galaxies probed with dynamics of globular cluster systems
Tadeja Veršič
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*innen
Petrus Martinus van de Ven ,
Sabine Thater
DOI
10.25365/thesis.75590
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-15551.87761.363537-1
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Zu diesem Zweck habe ich Kugelsternhaufen (globular clusters - GCs) und Planetarische Nebel (planetary nebulae - PNe) als Tracer für die Verteilung der dunklen Materie in den Halos der Galaxien benutzt und mittels "discrete Jeans anisotropic MGE" (JAM) modelliert. Darüber hinaus habe ich mit simulierten Datensätzen von Zwerggalaxien gearbeitet, um Beobachtungsrichtlinien zur Lösung des "Core-Cusp-Problems" zu erstellen. Der Fokus dieser Arbeit liegt darauf, das Gravitationspotenzial von frühen Typen von Galaxien (Early Type Galaxies - ETGs) mit diskreter dynamischer Modellierung einzugrenzen, um Licht in die Natur der dunklen Materie zu bringen. Zu diesem Zweck habe ich Kugelsternhaufen (Globular Clusters - GCs) und Planetarische Nebel (Planetary Nebulae - PNe) als Tracer für die Verteilung der dunklen Materie in den Halos der Galaxien benutzt und mit mit CJAM, einer Implementierung von diskretem "Jeans anisotropic MGE modelling"(JAM) modelliert. Darüber hinaus habe ich mit simulierten Datensätzen von Zwerggalaxien gearbeitet, um Beobachtungsrichtlinien zur Lösung des Core-Cusp-Problems zu erstellen. Es stellt sich heraus, dass sowohl Geschwindigkeiten entlang der Sichtachse (Line Of Sight Velocities - LOSV) als auch Eigenbewegungen (Proper Motions - PM) benotigt werden, um die korrekte innere Steigung des Dichteprofils in Mock-Datensatzen von spheroidalen Zwerggalaxien zu erhalten. Der Mock-Datensatz, für den die beste Übereinstimmung mit der wahren inneren und äußeren Steigung erzielt werden kann, zeichnet sich durch eine radiale Änderung der Anzahl und Präzision der LOSVs aus. Eine geringere Anzahl von Tracern und größere Messunsicherheiten, gepaart mit einer großen Anzahl von präzisen Messungen, liefern die besten Ergebnisse für cored DM-Halos. Ich habe eine zweistufige Methode entwickelt, um das Dichteprofil der Tracer aus einem heterogenen photometrischen Datensatz von GCs zu bestimmen. Diese basiert auf der Messung des Positionswinkels und der Abflachung zusammen mit dem Vergleich der beobachteten und theoretischen Leuchtkraftfunktion von GCs. Damit kann ein homogener Datensatz von photometrischen Tracern erstellt werden und ein Tracer-Dichteprofil für die dynamische Modellierung erzeugt werden. Ich habe verschiedene Ansatze für das Gravitationspotenzial verwendet, indem ich verschiedene Dichteprofile der dunklen Materie oder die stellare Flächenhelligkeit verwendet habe, oder beides mit einem Dichteprofil für die Gesamtmasse modelliert habe. Ich konnte die am besten passenden Parameter durch die Kombination von Gauß'schen LOSV Verteilungen (LOSVD) als Wahrscheinlichkeit und informativen sowie nicht-informativen A-priori-Verteilungen in einer Bayes'schen Analyse eingrenzen. Es zeigt sich, dass GCs eine einzigartige Möglichkeit bieten, die Dichteverteilung der dunklen Materie über den Skalenradius des Halos hinaus zu bestimmen. Allerdings können Galaxien mit weniger als 20 GCs zu stark verzerrten Messungen führen. Die Behandlung von blauen und roten GCs als eine einzige Population fuhrt bei den meisten Galaxien nicht zu Verzerrungen. Bei Galaxien im Zentrum von Galaxienhaufen hingegen neigen die blauen GCs dazu, das Gruppen-/Haufenpotenzial nachzuzeichnen, und ihre Behandlung als eine einzige Population fuhrt zu einer Überschätzung der Gesamtmasse. Die radiale Verteilung der Gesamtmasse stimmt nicht mit einem einfachen Potenzgesetzprofil überein und ich finde eine steilere Steigung als die isotherme Steigung von '2. Dunkle Materie in Galaxien ist nicht kugelförmig verteilt, und mit GCs können wir die Abweichungen von der sphärischen Symmetrie messen, die sowohl bei reiner dunkler Materie als auch bei hydrodynamischen Simulationen erwartet wird.
Abstract
(Englisch)
In this thesis, I focus on constraining the gravitational potential of early-type galaxies (ETGs) with discrete dynamical modelling to shed light on the nature of dark matter (DM). To that end, I used CJAM, an implementation of discrete Jeans anisotropic MGE (JAM) modelling of globular clusters (GCs) and planetary nebulae (PNe), both tracers found in the DM-dominated haloes. Additionally, I worked with simulated datasets of dwarf galaxies to provide observational guidelines for breaking the so-called core-cusp problem. I find that both line-of-sight velocities (LOSVs) and proper motions (PMs) are needed to recover the inner slope of the density profile in mock datasets of dwarf spheroidal galaxies. The mock dataset for which the true inner and outer slope can be best recovered is characterized by a radial variation in the number and precision of the LOSVs. A lower number of tracers and larger measurement uncertainties, paired with a large number of precise measurements yield the best results for cored DM haloes. I developed a two-step approach to determine the tracer density profile from a heterogeneous photometric dataset of GCs. It is based on the measurements of the position angle and flattening together with comparing the observed and theoretical GC luminosity function. I employ it to make a clean dataset of photometric tracers and generate a tracer density profile for dynamical modelling. I used different prescriptions for the gravitational potential, by using different dark matter density profiles, stellar surface brightness, or modelling both with one total mass density profile. I constrained the best-fit parameters by combining Gaussian line-of-sight velocity distribution (LOSVD) as likelihood and informative as well as uninformative priors in a Bayesian analysis. I find that GCs offer a unique possibility to constrain the dark matter density distribution beyond the scale radius of the halo. However, galaxies with fewer than 20 GCs can result in strongly biased measurements. Treating blue and red GCs as a single population does not introduce biases for most galaxies. Nevertheless, in central dominant galaxies, the blue GCs tend to trace the group/cluster potential and treating blue and red GCs as a single population will result in an overestimation of the total mass. The radial distribution of the total mass profile is not consistent with a single power law profile and I find a steeper slope than the isothermal one of ´2. Dark matter in galaxies is not spherically distributed and with GCs we can measure the deviations from spherical symmetry that are expected in both DM-only and hydrodynamical cosmological simulations.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Dunkle Materie Dynamik des Sternsystems Frühe Galaxien Kugelsternhaufen
Schlagwörter
(Englisch)
Dark matter Dynamics of stellar system Early-type galaxies Globular clusters
Autor*innen
Tadeja Veršič
Haupttitel (Englisch)
Dark matter haloes
Hauptuntertitel (Englisch)
the invisible hosts of galaxies probed with dynamics of globular cluster systems
Paralleltitel (Deutsch)
Halos aus Dunkler Materie
Paralleluntertitel (Deutsch)
die unsichtbaren Scharen von Galaxien untersucht mit der Dynamik von Kugelsternhaufensystemen
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
xi, 146 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Sarah Bird ,
Ana Santiago
AC Nummer
AC17140846
Utheses ID
69966
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 413 |