Optical and Near Infrared studies of the photometric structure and starburst activity of Blue Compact Dwarf Galaxies

Abstract

Diese Dissertation beschreibt drei Studien Blauer Kompakter Zwerggalaxien ("Blue Compact Dwarf Galaxies"; BCDs), in deren Rahmen die Struktur der stellaren Komponenten, die Sternbildungsaktivität und die Umgebung solcher Objekte untersucht werden, sowie der physikalische Hintergrund ihrer morphologischen Vielfalt.Die Analyse tiefer Nahinfrarot (NIR) - Bilddaten einer signifikanten Stichprobe von BCDs erlaubt eine präzisere Untersuchung derer entwickelter stellarer Komponenten geringer Flächenhelligkeit ("low surface brightness-" bzw "LSB-" Komponenten) als frühere Studien im visuellen Wellenlängenbereich. Azimutal gemittelte radiale Flächenhelligkeitsprofile ("surface brightness profiles"; SBPs) zeigen eine exponentielle Intensitätsverteilung der LSB-Komponenten auf grossen galaktozentrischen Radien. Dieses Ergebnis, sowie die abgeleiteten exponentiellen Skalenlängen, die systematisch kleiner sind als die Zwergirregulärer und Zwergelliptischer Galaxien, ist in Übereinstimmung mit vorangegangenen Studien im Visuellen. Zu kleineren Radien hin zeigen die NIR-Daten jedoch eine zunehmende Abflachung der SBPs der LSB-Komponenten gegenüber deren äusserem exponentiellen Verlauf, die in mehr als der Hälfte der BCD-Stichprobe auftritt. Solche nach innen abflachende exponentielle SBPs werden häufig in Zwergirregulären und Zwergelliptischen beobachtet, wurden in LSB-Komponenten von BCDs jedoch bisher nur selten nachgewiesen. Der physikalische Ursprung solcher SBPs in Zwerggalaxien ist derzeit nicht verstanden. Empirische Ansätze zur Systematisierung und quantitativen Untersuchung dieser SBPs werden diskutiert, ebenso wie die vielfältigen Auswirkungen der Entdeckung solcher SBPs in zahlreichen BCDs auf das Verständnis dieser Galaxien.Anhand der abgeleiteten Strukturdaten der stellaren LSB-Komponenten und der Komponenten ausbruchartiger Sternentstehung ("Starbursts") wird die Hypothese aufgestellt, dass unterhalb einer bestimmten Schwellendichte der stellaren LSB-Komponente, von der Grössenordnung 0.4 Sonnenmassen pro Kubikparsec, ausbruchartige Sternbildungsaktivität nicht auftritt. Anhand dieser Hypothese können die Beziehungen zwischen den Strukturparametern und der Leuchtkraft der LSB-Komponenten in BCDs reproduziert werden, sowie die systematischen Unterschiede der Strukturparameter - Leuchtkraft - Parameterräume der LSB-Komponenten von BCDs und anderen Typen von Zwerggalaxien. Diese Ergebnisse werden vor dem Hintergrund verschiedener Szenarien der starburstgetriebenen Entwicklung von Zwerggalaxien diskutiert. Mehrere Resultate, darunter der oben genannte Dichteschwellenwert der stellaren LSB-Komponente für das Auftreten ausbruchartiger Sternentstehung, weisen darauf hin, dass die stellare LSB-Massendichte die Sternbildungsaktivität in Zwerggalaxien wesentlich beeinflusst. Die gefundenen Relationen können durch ein modifiziertes Jeans-Kriterium erklärt werden, welches den Einfluss eines kompakten stellaren Hintergrundes auf die Jeansmasse berücksichtigt.Die Resultate einer detaillierten Untersuchung zweier prototypischer Beispiele der morphologischen Unterklasse von "cometary" BCDs werden in Verbindung mit Literaturdaten solcher Objekte interpretiert. Die Ergebnisse dieses Vergleichs weisen darauf hin, dass cometary BCDs sich hinsichtlich verschiedener physikalischer Eigenschaften systematisch von den häufigeren elliptischen BCDs unterscheiden, z.B. in der Struktur und dem Alter ihrer stellaren LSB-Komponenten. Die Hypothese, dass die Entwicklung einer "cometary" Morphologie mit einem frühen Entwicklungsstadium von BCDs verbunden sein könnte, wird diskutiert.Eine dritte Studie behandelt die Umgebung sternbildender Zwerggalaxien ("Star-Forming Dwarf Galaxies"; SFDGs), die sich nach gängigem Wissensstand bevorzugt in Regionen geringer Dichte leuchtstarker Galaxien befinden. Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass mehr als 30 % der untersuchten SFDGs in ihrer näheren Umgebung von leuchtschwachen Zwerggalaxien begleitet werden, die bei grossen Beobachtungsdistanzen aufgrund von Beobachtungsauswahleffekten in vielen Fällen nicht nachgewiesen werden können. Diese Begleitgalaxien, die häufig Hinweise auf eine physikalische Zusammengehörigkeit mit den untersuchten SFDGs zeigen, werfen die Frage nach Wechselwirkungseinflüssen auf die Sternbildungsaktivität in SFDGs auf, analog zu früheren Suchen nach intergalaktischen Gaswolken in der Umgebung von SFDGs. Ein signifikanter Einfluss der gefundenen Begleitgalaxien auf die Sternbildungsaktivität der untersuchten SFDGs wird nicht nachgewiesen.