Detailansicht
Plasma physical processes and formation of structures in groups and clusters of galaxies
Michael Mathias Schulreich
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Dieter Breitschwerdt
DOI
10.25365/thesis.1193
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30420.25570.850859-9
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Bugstoßwellen sind ein weit verbreitetes Charakteristikum von Galaxiengruppen und –haufen, da sie infolge der Überschallbewegungen von Galaxien durch das intergalaktische Medium generiert werden. Im einfachsten Fall hängt die Gestalt dieser Stoßwellen lediglich von der Geschwindigkeit der einfallenden Galaxie und deren geometrischen Form ab. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Bugstoßwellen auf die gasdynamische Entwicklung von Strukturen im Umfeld von Gruppen und Haufen auf zweierlei Arten studiert; nämlich sowohl numerisch als auch analytisch. Dazu verwenden wir erst kürzlich durch Chandra und XMM-Newton gewonnene Röntgendaten von Stephan’s Quintet (Trinchieri et al. 2003, 2005) und der Galaxiengruppe um IC 1262 (Trinchieri et al. 2007). Es wurden zweidimensionale numerische Simulationen unter Verwendung des gitterbasierten Hydrodynamik-Codes VH-1 (Blondin 1994) und einer erweiterten Version des Raymond & Smith Plasma-Codes (Raymond & Smith 1977) durchgeführt. Zur analytischen Lösung dieses Problems der hypersonischen Bewegung eines stumpfen Körpers durch das intergalaktische Medium, wurde die Methode von Schneider (1968) herangezogen. Dieses inverse Verfahren ermöglicht die Berechnung der Form der Galaxie unter Kenntnis jener der Bugstoßwelle. Mit diesen Methoden kann gezeigt werden, dass sich das Szenario einer großskaligen gekrümmten Stoßwelle, wie sie etwa bei der Kollision zwischen der mit hoher Geschwindigkeit (M ~ 930) eindringenden Galaxie NGC 7318b und einer bereits zuvor vorhandenen HI Wolke gebildet werden würde, als geeignet erweist, um beobachtete Röntgenemissionen in Stephan’s Quintet zu erklären. Darüberhinaus ergeben numerische Rechnungen, dass die ausgedehnte kühlere Struktur, welche in der Gruppe rund um IC 1262 gefunden wurde, als Folge des staudruckinduzierten Abstreifens von Gas von der Spiralgalaxie IC 1263 gesehen werden kann. Detaillierte Vergleiche der numerischen Resultate mit analytisch gewonnenen Lösungen zeigen weiters, dass das Verfahren nach Schneider, neben einem enormen Rechenzeitgewinn, genaue Vorhersagen der Galaxienformen gestattet, bzw. dass bei Kenntnis (oder Annahme) der Galaxienform sich die Struktur der Bugstoßwelle iterativ bestimmen lässt. Die entwickelten Methoden sind außerdem allgemein genug, um sie auf andere astrophysikalische Bugstoßwellen, wie sie etwa auf stellaren oder galaktischen Skalen auftreten, anzuwenden.
Abstract
(Englisch)
Bow shock waves are a common feature of groups and clusters of galaxies since they are generated as a result of supersonic motion of galaxies through the intra-group and intra-cluster medium. In the simplest case, the shape of these shocks only depends on the galaxy’s impact velocity and on its geometrical shape. In this thesis the role of bow shocks for the gasdynamical evolution of structure in the group and cluster environment is studied both, numerically and analytically. For that purpose, we analyze recently obtained Chandra and XMM-Newton X-ray data of Stephan’s Quintet (Trinchieri et al. 2003, 2005) and the galaxy group around IC 1262 (Trinchieri et al. 2007). Two-dimensional numerical simulations have been carried out by using the the grid-based hydrodynamics code VH-1 (Blondin 1994) and a modified version of the Raymond & Smith plasma code (Raymond & Smith 1977). For the analytical solution of this intergalactic hypersonic blunt body problem the method by Schneider (1968) has been taken as a basis. This inverse technique allows to calculate the galaxy’s shape as long as the shape of the bow shock wave is known. Thus it can be shown that a large scale curved shock produced by the collision between the high velocity (M ~ 930) intruder NGC 7318b and a preexisting HI cloud can very well explain the observed X-ray emission in Stephan’s Quintet. In addition numerical computations reveal that the compex cooler structure found in the group around IC 1262 is probably due to ram-pressure stripping of the spiral galaxy IC 1263. Detailed comparisons of the numerical results with analytically derived solutions for these two galaxy systems show that Schneider’s method allows accurate predictions of the galaxy shapes, thus saving a tremendous amount of computing time for future interpretations of similar objects. Finally the developed methods are general enough to be applied to other astrophysical bow shocks like e.g. on stellar and galactic scales.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
hydrodynamics shock waves galaxies: clusters: general galaxies: interactions intergalactic medium X-rays: galaxies
Schlagwörter
(Deutsch)
Hydrodynamik Stoßwellen Galaxien: Haufen: allgemein Galaxien: Wechselwirkungen intergalaktisches Medium Röntgenstrahlung: Galaxien
Autor*innen
Michael Mathias Schulreich
Haupttitel (Englisch)
Plasma physical processes and formation of structures in groups and clusters of galaxies
Paralleltitel (Deutsch)
Plasmaphysikalische Prozesse und Strukturbildung in Galaxiengruppen und -haufen
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
V, 102 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
AC Nummer
AC07045129
Utheses ID
916
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |