Detailansicht
Study of the kinematical and structural properties of galaxies in the outskirts of Abell S1063
Jan Zieten
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomy
Betreuer*in
Bodo Ziegler
DOI
10.25365/thesis.79000
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-26930.54697.839447-8
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziele: Die Struktur, die Kinematik und Eigenschaften, wie die Sternentstehungsrate, die Metallizität des Gases und die Aktiver Galaktischer Nukleus- (AGN) Aktivität, geben einen umfassenden Überblick über die Merkmale einer Galaxie und zeichnen ihren galaktischen Entwicklungsweg nach. Darüber hinaus wird dieser von der Umgebung, in der sich die Galaxie befindet, beeinflusst, da eine Haufengalaxie hydrodynamischen und gravitativen Wechselwirkungen mit dem umgebenden Medium oder nahe gelegenen Galaxien ausgesetzt sein kann. Diese Wechselwirkungen können im Galaxien-ärmeren Feld hingegen nicht auftreten. Die Außenbereiche von Galaxienhaufen stellen eine Umgebung mit einer mittleren Anzahldichte von Galaxien dar und markieren den Übergang von isolierten Feldgalaxien zu Haufen-Galaxien. Um die galaktischen Eigenschaften zu untersuchen, wird eine Synthese von photometrischen und spektroskopischen Beobachtungen von Emissionslinien Haufen-Galaxien bei mittlerer Rotverschiebung durchgeführt. Methoden: Der Datensatz, auf dem diese Forschung basiert, umfasst Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) 3D-Spektroskopie vom MUSE Cosmic Assembly survey Targeting Extragalactic Legacy fields (MUSCATEL) und Hubble Space Telescope (HST) Photometrie vom Hubble Frontier Fields survey (HFF) von 33 late-type Galaxien, die alle Mitglieder des Haufens Abell S1063 (RXJ2248-4431) bei z = 0,348 sind. Genauer, sind sie Teil des, vom HFF-Team definierten, Abell S1063 par, welches einem Himmelsausschnitt ungefähr 1 Bogenminute [≃ 0.25Mpc] entfernt vom Haufen-Zentrum definiert, jedoch innerhalb des R200 liegt. Die Rotverschiebungen der Galaxien wurden mit der Manual and Assisted Redshifting (MARZ) Software ermittelt und mit den angegebenen Werten des HFF-Surveys verglichen. Die folgenden Emissionslinien wurden in den integrierten Galaxienspektren mit dem Python-Paket MPDAF gemessen: [OII] λ3727, Hα λ4861, [OIII] λ5007, Hβ λ6564 und [NII] λ6584. Ihre Flüsse können umgewandelt werden, um Galaxiencharakteristika abzuleiten, wie z.B. die Sternentstehungsrate, die sowohl durch Hα als auch durch [OII] bestimmt wurde, die Metallizität des Gases, die aus der Sauerstoffhäufigkeit bestimmt wird, und die AGN-Aktivität, die auf dem BPT-Diagramm basiert. Da das MUSCATELSurvey den MUSE-Integralfeldspektrographen nutzte, wurden zusätzlich räumlich aufgelöste Karten des Signal-Rausch-Verhältnisses, des Flusses, der Rotationsgeschwindigkeit, und der Geschwindigkeitsdispersion für eine Unterauswahl von 15 Galaxien erstellt, wobei sich diese auf die stärkste Emissionslinie der jeweiligen Galaxie stützen. Darüber hinaus wurden die Eigenschaften von der gesamten Stichprobe durch die photometrisch abgeleiteten Eigenschaften von Shipley et al. (2018) als Teil des HFF-Survey. Dies ermöglichte den Vergleich der ermittelten Sternentstehungsraten, führte aber auch zur Untersuchung der Galaxien hinsichtlich der Main Sequence of star-forming galaxies (MS) und der Masse-Metallizität-Relation die jeweils von Noeske et al. (2007) und Tremonti et al. (2004) aufgestellt wurde . Schließlich wurde die Morphologie aller 33 Galaxien untersucht, um mögliche Spuren von Wechselwirkungsprozessen zwischen Galaxien oder ihres Gases und dem Intracluster Medium (ICM) zu identifizieren. Ergebnisse: Die untersuchten Galaxien zeigen eine große Vielfalt an Morphologien, obwohl alle als late-type Emissionsgalaxien angesehen werden können: Mit oder ohne Spiralarme, edge-on oder face-on, mit einem ausgeprägten Bulge oder irregulär. Hinweise auf laufende Wechselwirkungen wurden jedoch nicht direkt beobachtet, aber die unregelmäßige Form und das Fehlen von Spiralarmen könnten als Ergebnis solcher Prozesse interpretiert werden. Auch die räumlich aufgelösten Karten der Unterstichprobe zeigen keine Auffälligkeiten. Die Hälfte der Galaxien zeigt die typische bimodale Rotation um eine Rotationsachse, während die anderen nur Geschwindigkeiten entlang einer Richtung der Sichtlinie aufweisen. Die Geschwindigkeitsdispersion in den meisten Galaxien ist sehr homogen und überspannt nur einen kleinen Werte-Bereich. Die Verwendung von MARZ führte nur zu geringfügigen Abweichungen zwischen den durch sie ermittelten Rotverschiebungswerten und den zuvor bekannten Werten, so dass diese Unterschiede vernachlässigbar sind. Die beiden Methoden zur Ableitung der Sternentstehungsraten führten zu ähnlichen Ergebnissen wie die photometrischen, was ihre Zuverlässigkeit bestätigt. Darüber hinaus weisen die meisten Galaxien eine starke ionisierte Emission aufgrund ihrer aktuellen Sternbildung auf, während nur eine Galaxie von ihrer AGN-Aktivität dominiert wird. Es wurde gezeigt, dass die eine Hälfte der Galaxien auf der Hauptreihe der sternbildenden Galaxien bei z = 0,4 liegt, während die andere Hälfte darunter liegt, was darauf hindeutet, dass die Sternentstehungsraten dieser Galaxien reduziert wurden. Schließlich ergab die Masse-Metallizität-Relation eine Unterscheidung der Galaxien in zwei Sternenmassen-Intervallen: Eines von 10^6 to 10^8.5 M⊙, welches eine höhere als die typisch beobachtete Metallizität ergab, und eines von 10^8.5 to 10^11 M⊙, die der Kurve von Tremonti et al. (2004) folgt. Insgesamt ist die statistische Signifikanz der Ergebnisse aufgrund der geringen Größe der Stichprobengröße ergibt, begrenzt.
Abstract
(Englisch)
Aims: The structure, kinematics, and properties, such as the star formation rate, gas metallicity, and Active Galactic Nucleus (AGN) activity, provide a comprehensive overview of a galaxy’s characteristics, tracing its galaxy evolutionary path. It is further influenced by the environment in which the galaxy resides, as a cluster galaxy can be subject to hydrodynamical and gravitational interactions with its surrounding medium or nearby galaxies. These may not occur in the field counterpart. Cluster outskirts represent an intermediate number-dense environment, marking the transition from isolated field galaxies into cluster galaxies. To study the galaxy attributes, a synthesis of photometric and spectroscopic observations of emission-line, intermediate-redshift cluster galaxies is conducted. Methods: The dataset on which this research is based comprises Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) 3D-spectroscopy from the MUSE Cosmic Assembly survey Targeting Extragalactic Legacy fields (MUSCATEL) and Hubble Space Telescope (HST) photometry from Hubble Frontier Fields survey (HFF) of 33 late-type galaxies, all of which are members of the cluster Abell S1063 (RXJ2248-4431) at z = 0.348. Specifically, they lie in the, as the HFF team defined it, Abell S1063 par, which defines a field roughly 1 arcmin [≃ 0.25Mpc] away from the cluster center, but still lies within its R200. The galaxies’ redshifts have been determined via the Manual and Assisted Redshifting (MARZ) software and compared to the given values by the HFF survey. The following emission lines were measured in the integrated galaxy spectra using the MPDAF Python package: [OII] λ3727, Hα λ4861, [OIII] λ5007, Hβ λ6564, and [NII] λ6584. Their fluxes can be converted to derive galaxy characteristics such as star formation rate, determined from both Hα and [OII], gas metallicity, determined from Oxygen abundance, and AGN activity, based on the Baldwin, Phillips, and Terlevich (BPT) diagram. Additionally, as the MUSCATEL survey made use of the MUSE Integral Field Spectroscopes (IFS), spatially resolved maps of the Signal-to-Noise ratio, flux, rotational velocity, and velocity dispersion were created for a sub-sample of 15 galaxies, relying on the respective galaxy’s strongest emission line. Moreover, the properties of the full sample were supplemented by the photometrically derived ones from Shipley et al. (2018) as part of the HFF survey and Nedkova et. al (2024). This allowed for the comparison of the determined star-formation rates, but also led to the investigation of the galaxies regarding the Main Sequence of star-forming galaxies (MS) and the mass-metallicity relation, established by Noeske et al. (2007) and Tremonti et al. (2004), respectively. Finally, the morphology of all 33 galaxies was examined to identify potential tracers of interaction processes between galaxies or their gas content and the Intracluster Medium (ICM). Results: The targeted galaxy sample shows a wide variety of morphologies, though all of them can be considered as late-type emission galaxies: With or without spiral arms, edge-on or face-on, with a distinct bulge or irregular. However, evidence of ongoing interactions was not directly observed, but the irregular shape and the lack of spiral arms could be interpreted as results of such processes. Similarly, the spatially resolved maps of the sub-sample do not exhibit any peculiarities as well. Half of the galaxies show the typical bimodal rotation around an axis of rotation, whereas the others feature only velocities along one direction of the line of sight. The velocity dispersion in most galaxies is very homogeneous and only spans a small range of values. The use of MARZ has resulted in only marginal offsets between its redshift values and the prior known ones, so these are negligible. The two methods of deriving the star-formation rates prompted similar results to one another and the photometric ones, supporting their reliability. Furthermore, most galaxies feature strong ionized emission due to their current star formation, whereas only one galaxy is dominated by its AGN activity. It has been shown that one half of the galaxies lie on the main sequence of star-forming galaxies at z = 0.4, while the other half lies below it, suggesting that these have been quenched. Finally, the mass-metallicity relation revealed a distinction of galaxies into two stellar mass bins: One from 10^6 to 10^8.5 M⊙, which yielded higher than typically observed metallicity, and one from 10^8.5 to 10^11 M⊙, following the curve of Tremonti et al. (2004). All in all, the statistical significance of the results is limited by the low-number statistics due to the sample size.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Galaxienentwicklung 3D Spektroskopie
Schlagwörter
(Englisch)
Galaxy evolution 3D spectroscopy
Autor*innen
Jan Zieten
Haupttitel (Englisch)
Study of the kinematical and structural properties of galaxies in the outskirts of Abell S1063
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
93 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bodo Ziegler
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme. Galaxien ,
39 Astronomie > 39.43 Interstellare Materie
AC Nummer
AC17607425
Utheses ID
77091
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |