The Dependence of the Evolution of Early-Type Galaxies on their Environment

Abstract

In dieser Arbeit wird die Analyse eines Datensatzes von 121 elliptischen und lentikularen (S0) Galaxien beschrieben, welche sich in unterschiedlichen Umgebungsdichten befinden und deren Entfernungen einer kosmologischen Rückblickzeit zwischen 2 und 5 Mrd. Jahren entsprechen. Mit diesem umfangreichen Sample ist es möglich, die internen Eigenschaften dieser Early-Type Galaxien in Abhängigkeit von ihrem Umfeld zu studieren, um Rückschlüsse auf den Entstehungszeitpunkt sowie die Entwicklungsgeschichte ihrer Unterklassen von elliptischen und S0 Galaxien zu ziehen.Als Unterscheidungsmerkmal für die Umgebung einer Galaxie wird der Fluß in der Röntgenleuchtkraft herangezogen, der sich proportional zu dem Quadrat der Masse einer Galaxie verhält. Die höchste Anzahldichte von Galaxien liegt in sogenannten reichen Galaxienhaufen vor, einen Übergangsbereich stellen (massen)arme Galaxienhaufen mit einem Faktor 10 geringerer Dichte dar und die geringsten Dichten werden durch individuelle, isolierte Feldgalaxien definiert. Theoretische Vorhersagen, basierend auf einer hierarchischen Strukturbildung, prognostizieren für die jeweiligen Umgebungsdichten verschiedene Entwicklungswege, welche sich in unterschiedlichen Altern der Galaxien widerspiegeln.Alle untersuchten Objekte wurden anhand tiefer bodengestützter Vielfarben-Photometrie selektiert. Zusätzlich stehen für die zentralen Bereiche der Galaxienhaufen und die zwei ausgedehnten Himmelsregionen der Feldgalaxien, dem FORS Deep Field sowie dem William Herschel Deep Field, hochaufgelöste Aufnahmen des Hubble Space Telescope (HST) für eine detaillierte morphologische Klassifikation und Strukturparameteranalyse zur Verfügung. Multi-Objekt-Spektroskopie wurde für alle Galaxien mit dem 8.2-m Very Large Telescope (VLT, Chile) und dem Calar Alto 3.5-m Teleskop (Spanien) durchgeführt. Anhand der Spektroskopie mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis werden Geschwindigkeitsdispersionen (d.h. die chaotische Streuung der Geschwindigkeiten der Sterne) in den Galaxien gemessen, welche einen Aufschluß über die gesamte Galaxienmasse erlauben. Mit Hilfe verschiedener Skalenrelationen, insbesondere der Faber-Jackson-Relation, in der die Geschwindigkeitsdispersion und Leuchtkraft verknüpft sind, werden die Absoluthelligkeiten der entfernten Galaxien mit jenen von heutigen Galaxien verglichen. Während die massereichen elliptischen und S0 Galaxien nur eine geringe Helligkeitsentwicklung zeigen, sind die massearmen entfernten Galaxien um bis zu einem Faktor 2 leuchtkräftiger als ihre lokalen Gegenstücke im heutigen beobachtbaren Universum.Die gemessene Massenabhängigkeit der Leuchtkraftentwicklung wird in allen Umgebungsdichten gefunden. In den numerischen Simulationen des hierarchischen Szenarios wird hingegen nur für die isolierten Feldgalaxien eine starke Zunahme der Leuchtkraft mit der Rotverschiebung unabhängig vom Galaxientyp erwartet. Elliptische und S0 Galaxien bilden keine homogene Galaxienklasse, sondern folgen unterschiedlichen Entwicklungswegen. Lentikulare Galaxien zeigen in allen Umgebungen eine stärkere Entwicklung und jüngere Entstehungsepochen (1<zform≤2), wohingegen elliptische Galaxien eine langsamere, passive Entwicklung vollziehen, welche zu hohen Altern der Systeme führt (zform≈3). Eine mögliche Erklärung könnten unterschiedliche stellare Populationen oder komplexe, ausgedehntere Sternentstehungsgeschichten für S0 Galaxien liefern. Die Diskrepanz zwischen Theorie und Beobachtung im Falle der massenabhängigen Leuchtkraftentwicklung ist wahrscheinlich auf eine noch unzureichende Modellierung der Eigenschaften der stellaren Komponente in den Simulationen zurückzuführen.