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Bibliographic Metadata

Title
Galaxy Properties in Cluster Systems of Different Dynamical State / Florian Pranger
AuthorPranger, Florian
Thesis advisorSchindler, Sabine
Published2014
DescriptionXI, 90 Bl. : Ill., graph. Darst., Kt.
Institutional NoteInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Annotation
Enth. u.a. 3 Veröff. d. Verf. aus den Jahren 2013 - 2014 . - Zsfassung in dt. Sprache
Date of SubmissionSeptember 2014
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Galaxienentwicklung / Galaxienhaufen / Extragalaktik / Kosmologie
Keywords (GND)Galaxienhaufen / Kosmologie / Extragalaktisches Objekt
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-1066 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Galaxy Properties in Cluster Systems of Different Dynamical State [26.79 mb]
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Abstract (German)

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die auf Beobachtungsdaten basierenden Untersuchungen der dynamisch aktiven Galaxienhaufen Abell 3921 und Abell 2384 (z0.093 bzw. z0.094). Spektroskopische Daten wurden mit dem 2dF (Two Degree Field) System und mit dem EFOSC2 (ESO Faint Object Spectrograph and Camera, Version 2) Spektrographen aufgenommen, photometrische Daten stammen vom ESO Wide Field Imager (WFI).

Die untersuchten Haufensysteme sind jeweils zweiteilig, wobei die beiden Subhaufen in Abell 3921 auf eine Kollision zusteuern, während sie in Abella 2384 bereits kollidiert sind.

Die Haufenkinematik wurde mit Hilfe der statistischen Biweight-Metho-

de und des Expectation-Maximisation Programmes EMMIX untersucht.

Zur Analyse der Haufensubstruktur wurde der Dressler-Shectman Test

herangezogen. Spektrale und morphologische Galaxieneigenschaften (z.B.[OII] und H Aquivalentbreite, Sternentstehungsrate, Gini Koeffizient, M20 Index) wurden in Abhängigkeit vom Abstand zum Haufenzentrum untersucht. Spezielle Beachtung wurde den Populationen von morphologisch gestörten (pekuliären) Galaxien und scheibendominierten Galaxien ohne oa Emmissionsliniendetektion (no-EL Scheiben) geschenkt. Die Resultate der Analysen von Haufen- und Feldgalaxien wurden ebenso verglichen wie die Analyseergebnisse der beiden Haufensysteme. Während der allgemeine Verlauf der Relation zwischen Umgebungsdichte und Sternentstehungsrate bzw. Farbindex nicht vom Kollisionsprozess der Subhaufen beeinflusst

zu sein scheint, legen die Resultate der morphologischen Untersuchungen nahe, dass kollisionsinduzierte Stoßwellen im Haufengas eine teilweise Erklärung für das Auftreten von no-EL Scheiben bei verhältnismäßig großen Abständen vom Haufenzentrum sein könnten. Die Beobachtungen zeigen außerdem, dass in bereits kollidierten Haufen pekuliäre und/oder sternbildende Galaxien nahe des Haufenzentrums auftreten können. Diese Galaxientypen sind in derart dichten Regionen ublicherweise nicht anzutreffen. Die relativ große Anzahldichte von no-EL Scheiben nahe der Haufenzentren sowie ihre Verteilung im Farben-Helligkeitsdiagramm stimmen mit dem Szenario überein wonach Spiralgalaxien, die aus dem Feld in den Haufen einfallen, durch haufenspezifische Prozesse in S0 Galaxien

transformiert werden. No-EL Scheiben stellen eine Zwischenstufe dieser Transformation dar.

Die oben skizzierten Analysen von Beobachtungsdaten werden mit ei-

ner numerischen Studie ergänzt, im Zuge derer zwölf Galaxienhaufen von unterschiedlichem dynamischen Zustand untersucht wurden. Die Haufendaten stammen aus einer kosmologischen Simulation, die ihrerseits auf einem origin ären Simulationssetup basiert. Dieses Setup kombiniert ein Vielteilchen-Simulationsprogramm für Dunkle Materie mit einem semianalytischen Galaxienmodell und einer Hydrodynamik-Simulation für das Haufengas. Die numerische Studie behandelt die Verteilung von Metallen im Haufengas, sie beinhaltet aber auch Resultate zu Sternentstehungsraten und zur Haufenkinematik. Eine Analyse der Veränderung von 3D-Galaxiengeschwindigkeiten während simulierter Haufenkollisionen stützt die These, dass Haufenkollisionen zu einer erh hten Anzahl von gravitativen Galaxienwechselwirkungen im Haufenkern und dadurch zum Auftreten von pekuliären und/oder sternbildenden Galaxien im Haufenkern führen könnten. Diese These wird auch von der Relation zwischen Sternentstehungsrate und Umgebungsdichte gestützt, die in den dichtesten Regionen der dynamisch aktivsten simulierten Haufen eine vom Gesamtverlauf abweichende, negative Steigung aufweist.

Abstract (English)

Abstract

This thesis comprises observational analyses of the galaxy populations in the regions of two merging galaxy clusters, Abell 3921 and Abell 2384.

Spectroscopic data were taken with the 2dF (Two Degree Field) sys-

tem and with the EFOSC2 (ESO Faint Object Spectrograph and Cam-

era, version 2) spectrograph. Photometric data stem from ESOs Wide

Field Imager (WFI). The investigated clusters are located at redshifts of z0.093 and z0.094, respectively, and they are in different dynamical states: while Abell 3921 is in the pre-merger phase, Abell 2384 is a cluster post-merger.

Using biweight statistics and the expectation-maximisation routine EMMIX, cluster kinematics were investigated. Cluster substructure was analysed with the Dressler-Shectman test. Spectral and morphological galaxy properties (e.g. [OII] and H emission line widths, star-formation rate, Gini co-efficient, M20 index) were studied as functions of clustercentric distance.

Particular attention was dedicated to the populations of morphologically distorted (i.e. peculiar) galaxies and disk-dominated galaxies that do not show spectral emission line features (no-EL disks). Results were compared between cluster and field populations and between the two cluster systems. While the overall shapes of the star-formation-density relation and

the colour-density relation do not appear to be influenced by the merging process, the morphological results suggest that merger shock waves in the intracluster medium (ICM) might partially explain the occurrence of no-EL disks at large clustercentric distances. Further, the observations show that peculiar and/or star-forming galaxies can occur in the core regions of cluster post-mergers. The relatively large numbers of no-EL disks close to the cluster centres and their distribution in colour-magnitude space are in compliance with the scenario of infalling field spirals getting morphologi-

cally transformed by cluster-related mechanisms and ending up as cluster S0s. No-EL disks represent an intermediate phase in this transformation scenario.

The observational analyses are complemented by a numerical study on

twelve galaxy clusters of different dynamical state, taken from cosmological simulations. The latter are based on a unique set-up which combines an N-body Dark Matter code with a semi-analytical subgrid model for galaxy physics and a hydrodynamic code for the treatment of the ICM.

The numerical study addresses the question of metal distribution in the ICM but also provides results on star-formation rates and cluster kinematics. An analysis of 3D galaxy velocities during merger events of the simulated clusters supports the hypothesis that cluster mergers could lead to an increased number of galaxy-galaxy interactions in cluster core regions, thereby causing the occurrence of peculiar and/or star-forming galaxies in the cluster core (where such galaxies are usually not found). This hypothesis is also supported by the star-formation-density relation, which shows

a negative slope (i.e. star-formation rate and density anticorrelate) in the innermost regions of the dynamically most active simulated clusters.