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The Evolution of Distant Spiral Galaxies in the FORS Deep Field

dc.contributor.advisorFricke, Klaus J. Prof. Dr.de
dc.contributor.authorBöhm, Asmusde
dc.date.accessioned2013-01-22T15:42:08Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:07Zde
dc.date.issued2004-05-28de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F13C-Ede
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3426
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3426
dc.description.abstractIn dieser Arbeit wird die Analyse eines Datensatzes von 130 Spiralgalaxien beschrieben, deren Entfernungen einer kosmologischen Rückblickzeit zwischen 1 und 8 Mrd. Jahren entsprechen. Mit diesem Sample ist es möglich, die Vorhersagen des sog. hierarchischen Szenarios zu testen, demzufolge sich im frühen Universum kleine Strukturen als erste gebildet und durch Verschmelzungsprozesse sukzessive größere Strukturen aufgebaut haben. Dieses Szenario stellt ein Paradigma der modernen Astrophysik dar.Alle untersuchten Objekte stammen aus dem FORS Deep Field; einer Himmelsregion, von der mit dem Very Large Telescope (VLT, Chile) sehr tiefe Vielfarben-Photometrie gewonnen wurde. Anhand von räumlich aufgelöster VLT-Spektroskopie werden Rotationskurven (d.h. die Rotationsgeschwindigkeit als Funktion des Abstandes vom Galaxienzentrum) extrahiert. 77 Galaxien zeigen die Ausbildung eines flachen Maximums der Rotationsgeschwindigkeit bei großem Radius, was - analog zu Galaxien im heutigen Kosmos - auf die Dominanz einer Massenkomponente aus Dunkler Materie im äußeren Bereich hindeutet. Mit Hilfe der Tully-Fisher-Relation, in der die maximale Rotationsgeschwindigkeit und die Leuchtkraft verknüpft sind, wird die Absoluthelligkeit der entfernten Galaxien mit jener von heutigen Galaxien verglichen. Während die schnell rotierenden (d.h. massereichen) Objekte keine signifikante Helligkeitsentwicklung zeigen, sind die massearmen, entfernten Galaxien um bis zu einem Faktor 6 leuchtkräftiger als ihre lokalen (heutigen) Gegenstücke. In numerischen Simulationen jedoch, die auf dem hierarchischen Szenario basieren, wird entweder eine Zunahme der Leuchtkraft mit der Rotverschiebung bei massereichen Galaxien, oder keinerlei Zusammenhang mit der Masse gefunden.Die beobachtete Massenabhängigkeit der Leuchtkraftentwicklung wird zahlreichen Tests unterzogen. Hierbei zeigt sich u.a., dass das Ergebnis nicht durch einen Unvollständigkeitseffekt, Gezeitenwechselwirkungen oder falsche Annahmen über die intrinsische Staubabsorption hervorgerufen sein kann. Zudem lassen sich mit diesem Resultat die Widersprüche zwischen früheren Studien erklären, deren Datensätze zu klein waren, um eine Massenabhängigkeit statistisch robust zu untersuchen. Da eine leichte Abnahme der Scheibengröße mit zunehmender Rotverschiebung gefunden wird - wie nach dem hierarchischen Szenario zu erwarten - besteht die wahrscheinlichste Erklärung für die Diskrepanz zwischen Theorie und Beobachtung im Falle der Leuchtkraftentwicklung in einer noch unzureichenden Modellierung der Eigenschaften der stellaren (d.h. baryonischen) Komponente in den Simulationen.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleThe Evolution of Distant Spiral Galaxies in the FORS Deep Fieldde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedDie Entwicklung entfernter Spiralgalaxien im FORS Deep Fieldde
dc.contributor.refereeKneer, Franz Prof. Dr.de
dc.date.examination2003-12-05de
dc.subject.gokTEG200de
dc.subject.gokTIE500de
dc.subject.gokTIE650de
dc.subject.gokTII100de
dc.subject.gokTII800de
dc.description.abstractengThis thesis describes the analysis of a data set of 130 spiral galaxies at distances corresponding to look-back times between 1 and 8 Gyrs. Such a sample allows to test the predictions of the hierarchical scenario, according to which small structures have formed first in the early cosmic stages, followed by the successive build-up of larger structures via merging and accretion events. This model is a paradigm of modern astrophysics.All objects analysed in this work are taken from the FORS Deep Field, a sky area that has been observed via deep multi-band imaging with the Very Large Telescope (VLT, Chile). Using spatially resolved VLT spectroscopy, rotation curves (i.e., the rotation velocity as a function of galactocentric radius) are extracted. 77 galaxies show a flat maximum of their rotation velocities at large radii, indicating that - similar to galaxies in the local universe - their mass distributions are dominated by dark matter in the outer parts. Based on the Tully-Fisher relation between maximum rotation velocity and luminosity, the absolute brightnesses of the distant galaxies are compared to galaxies in the local universe. While fast rotating, i.e., high-mass galaxies do not show a significant evolution, the distant low-mass objects are more luminous by up to factor of 6 with respect to their local counterparts. To the contrary, numerical simulations based on the hierarchical scenario either find an increasing luminosity towards higher redshifts for high-mass galaxies, or no correlation at all.Several tests are applied to the observed mass-dependence of the luminosity evolution. It is found that the result cannot be induced by an incompleteness effect, tidal interactions or false assumptions on the intrinsic absorption due to dust. Moreover, it offers an explanation for the discrepancies between previous studies which comprised too small samples to robustly test a mass-dependence. Since slightly smaller disk sizes are found towards higher redshifts - in compliance with the hierarchical scenario -, the deviations between the predicted and observed luminosity evolution are most likely due to a not sufficiently realistic modelling of the stellar (i.e. baryonic) component in the simulations.de
dc.subject.topicMathematics and Natural Sciencede
dc.subject.gerSpiralgalaxiende
dc.subject.gerGalaxienentwicklungde
dc.subject.gerKalte Dunkle Materiede
dc.subject.engSpiral Galaxiesde
dc.subject.engGalaxy Evolutionde
dc.subject.engCold Dark Matterde
dc.subject.bk39.41de
dc.subject.bk39.30de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-175-7de
dc.identifier.purlwebdoc-175de
dc.identifier.ppn470579072de


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