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HI mock-observations of simulated low-mass galaxies in a multi-phase ISM model
Katharina Kain
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomy
Betreuer*in
Sylvia Plöckinger
DOI
10.25365/thesis.80361
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27781.73991.496258-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Entwicklung von Galaxien wird durch ein Zusammenspiel verschiedener physikalischer Prozesse vorangetrieben. Zwerggalaxien nehmen in der Erforschung dieser Prozesse eine bedeutende Rolle ein, da sich einzelne Effekte aufgrund des geringen Gravitationspotentials besonders auf ihre Struktur und innere Dynamik auswirken. Auch in der Kosmologie spielen Zwerggalaxien eine wichtige Rolle, da sie als die kosmologischen Grundbausteine angesehen werden. Das Standardmodell der Kosmologie (ΛCDM) trifft für diese Grundbausteine bestimmte Vorhersagen, welche mittels Vergleich zwischen Simulationen und Beobachtungen überprüft werden können. Auf großen, kosmologischen Skalen ist die Übereinstimmung zwischen Modell und Beobachtung bemerkenswert. Jedoch auf kleinen Skalen, im Bereich der Zwerggalaxien, treten einige Unstimmigkeiten auf. Aufmerksamkeit erregt hat in den vergangenen Jahren etwa die große Diversität an Rotationskurven-Formen, welche Glaxien im niedrigen Masse-Bereich aufweisen. Diese wird im ΛCDM-Paradigma nicht erwartet, da die Massenverteilung innerhalb der Galaxien als einheitlich angenommen wird. Ähnliche Spannungen konnten in der Vergangenheit durch Fortschritte in den Simulationsmethoden gelöst werden, insbesondere durch die Implementierung baryonischer Prozesse. Bisher konnte die Rotationskurven-Diversität jedoch nicht durch solche Effekte erklärt werden. Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Rekonstruktion der Rotationskurven aus Beobachtungsdaten mittels gängiger Methoden an sich problematisch ist. Im Hinblick auf diese Überlegungen wurden in diesem Projekt die HI-Rotationskurven massearmer Galaxien aus kosmologischen Simulationen analysiert. Zur Verfügung gestellt wurden die Daten von sechs Test-Durchläufen von COLIBRE, eines Vorreiter-Projekts, welches kosmologische Simulationen mit einem mehrphasigen Modell für das interstellare Medium verwirklicht. Dazu wurden simulierte Beobachtungen durchgeführt und die Rotationskurven mittels der etablierten „Tilted-Ring-Methode“ rekonstruiert. Diese gemessenen Rotationskurven wurden mit den Rotationskurven verglichen, die direkt aus den Simulationsdaten erhoben wurden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Ableitung des Masseprofils von Galaxien aus deren gemessenen Rotationskurven problematisch sein kann, da sowohl Störungen der Gasrotation als auch beobachtungsspezifische Effekte auf die gemessenen Kurven Einfluss haben können. Dieses Phänomen verstärkt sich bei Galaxien, die nur schwach rotationsgestützt sind.
Abstract
(Englisch)
Low-mass galaxies play a profound role in our understanding of galaxy formation and evolution. They are shaped by various physical processes, to which their shallow gravitational potential makes them particularly sensitive. Also an interplay between baryonic processes and the dark matter halo becomes apparent in simulations of low-mass galaxies. In the cosmological context, dwarf galaxies are seen as the building blocks of larger systems, for which the standard model of cosmology (ΛCDM) predicts specific properties. Hence, dwarf galaxies have become valuable laboratories to test not only our understanding of galactic physics but also that of dark matter and cosmology. As such, they have been in the focus of studies addressing tensions between the modelled and the observed Universe. One such tension that has gained attention in recent years is the observed rotation curve shape diversity of low-mass galaxies, which is not predicted by simulations within ΛCDM. A number of similar small-scale challenges to the ΛCDM model have been alleviated by more accurate models of baryonic processes. However, regarding the rotation curve diversity, recent studies suggest that tensions may arise from the methods used to reconstruct observed rotation curves. In light of this, the HI rotation curves of low-mass galaxies from cosmological volumes simulated with state-of-the art baryonic models were analysed. Provided were six test runs from the COLIBRE project, which is one of the pioneering cosmological simulation projects to explicitly model the multi-phase interstellar medium. Mock-observations were used to recover the rotation curves with the standard method of tilted-ring modelling. The mock-observed curves are compared to the true particle velocity curves and particle mass distributions to assess the reliability of observed rotation curves as tracers of the underlying matter profile. While the radial mass distributions are generally in agreement with the profiles expected in the ΛCDM paradigm, the rotation curve of the gas particles and the mock observed rotation curves deviate in most cases and exhibit a diversity in shapes that is comparable to that of observed galaxies. The effect tends to be stronger in galaxies with weaker rotational support. The results imply that measured galaxy rotation curves are impacted by gas
perturbations as well as observational effects.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Galaxien Zwerggalaxien HI Rotationskurven 3D-BAROLO Rotationskurven-Diversität Kosmologische Simulationen ΛCDM COLIBRE mehrphasiges ISM Mock-Beobachtungen MARTINI
Schlagwörter
(Englisch)
galaxies dwarf galaxies cosmological simulations COLIBRE multi-phase ISM ΛCDM MARTINI mock-observations HI rotation curves rotation curve shape diversity 3D-BAROLO
Autor*innen
Katharina Kain
Haupttitel (Englisch)
HI mock-observations of simulated low-mass galaxies in a multi-phase ISM model
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
113 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sylvia Plöckinger
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.22 Astrophysik ,
39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme. Galaxien
AC Nummer
AC17781637
Utheses ID
79237
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |