Titelaufnahme

Titel
Simulations of galaxy-cluster interactions / by Dominik Steinhauser
VerfasserSteinhauser, Dominik
GutachterSchindler, Sabine ; Kendl, Alexander
ErschienenInnsbruck, January 2016
Umfangx, 219 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Kumulative Dissertation aus sieben Artikeln
Datum der AbgabeJanuar 2016
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Galaxie / Galaxienhaufen / Galaxienevolution / Ram-pressure stripping / Großräumige Struktur im Universum / N-Body Simulation / Hydrodynamik Simulation
Schlagwörter (GND)Galaxie / Galaxienhaufen / Vielkörperproblem / Hydrodynamisches Modell
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Zusammenfassung (Deutsch)

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Entstehung und Entwicklung von Galaxien stark von der Umgebung abhängt, in der sie sich befinden. Galaxien, welche in einen Galaxienhaufen oder eine Galaxiengruppe fallen, sind verschiedenen Interaktionsprozessen ausgesetzt. Diese Prozesse können die Galaxien transformieren und ihr Aussehen drastisch verändern. Ein solcher Prozess ist ram-pressure stripping (RPS), das Abstreifen von Galaxiengas aufgrund des Staudrucks der durch das Haufengas ausgeübt wird. Der Großteil dieser Arbeit besteht aus der Untersuchung dieses Prozesses mit numerischen Simulationen.

Zudem enthält diese Arbeit auch die Analyse eines individuellen Objekts, der Galaxie SOS-114372. Zusätzlich können im umgekehrten Fall massive Galaxien ihre Umgebung durch verschiedene feedback Prozesse beeinflussen, das anhand der Daten von der Illustris Simulation untersucht wird. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wird ein neu entwickelter N-body tree-codepräsentiert. Um RPS Simulationen durchzuführen wurde in dieser Arbeit teilweise eine Windtunnel Konfiguration verwendet. Solche Simulationen weisen allerdings gewisse Einschränkungen auf. Deshalb wurden neue Simulationen entwickelt, in denen realistische Szenarien von Galaxien, welche in einen Galaxienhaufen oder Gruppe einfallen, modelliert werden können. Die Resultate von diesen Simulationen wurden mit theoretischen Voraussagen verglichen, die häufig in semi analytischen Modellen zur Galaxienentstehung (SAM) Verwendung finden. Zur Durchführung des Großteils der Simulationen in dieser Arbeit wurden die Codes GADGET-2 und AREPO verwendet.

In dieser Arbeit wird gezeigt, dass das heiße Gas im Haloeiner Galaxie auch dann abgestreift werden kann, wenn sich die Galaxie in Haufengas mit geringer Umgebungsdichte bewegt, wobei die Gasscheibe nur in den Außenbereichen abgestreift wird und sonst größtenteils intakt bleibt. In so einem Fall liegt die typische Zeitskala in der die Galaxie ihr Gas zur Erzeugung neuer Sterne größtenteils aufgebraucht hat, bei einer Milliarde Jahre. Dies lässt sich damit erklären, dass aus dem abgestreiften Gas Halo kein neues Gas mehr in die Scheibe nachfließen kann. Das Gas in der Scheibe selbst kann nur durch extremen Staudruck abgestreift werden. In diesem Fall verliert die Galaxie die Fähigkeit neue Sterne zu bilden bereits nach ein paar hundert Millionen Jahren. Analytische Modelle die in SAMs verwendet werden, prognostizieren zu viel abgestreiftes Gas. In solchen Modellen werden daher zu wenig neue Sterne produziert. Die Massenverteilung der Materie im Universum wird in dieser Arbeit anhand der Daten von der Illustris Simulation untersucht.

Es wird gezeigt, dass der Anteil an baryonischer Materie in massiven Halos im Vergleich zu Beobachtungen zu gering ist. Andererseits befindet sich ein signifikanter Anteil an baryonischer Materie in Bereichen, die nahezu frei von dunkler Materie sind, sogenannten voids, also außerhalb von Halos oder Filamenten.

Zusammenfassung (Englisch)

Evidence has been found, that galaxy formation and evolution is highly dependent on their environment. Infalling galaxies in groups or clusters undergo different interaction processes, which can transform them and severely alter their appearance. One of these processes is ram-pressure stripping (RPS), a hydrodynamic interaction process between the inter-stellar medium of the galaxy and the intra-cluster gas.

The major part of this work is dedicated to investigations of RPS, including the study of the specific object SOS-114372. Also, massive galaxies can affect their surroundings through feedback processes, which will also be investigated in this thesis by means of the Illustris simulation. Finally, a part of the thesis is dedicated to simulation methods and a newly implemented gravitational N-body tree-code is presented. Wind-tunnel setups have been partly used for RPS simulations in this thesis. However, due to their limitations, a new simulation setup was developed to perform RPS simulations of infalling galaxies in live galaxy-cluster models. The results have been compared to theoretical predictions, employed in semi-analytic models of galaxy formation (SAM). Simulation codes used in this thesis include the SPH code GADGET-2 and the moving-mesh code AREPO.

In this work, it has been found that the hot gas halo of disk galaxies can be stripped also in low density environments. Typically, the quenching timescale is around one billion years, primarily because galaxies loose their gas supply from the hot gas halo only. The gas disk can be stripped completely only in extreme cases of RPS, in which case the quenching timescale can be as low as a few hundred million years. Analytic models employed in SAMs on the other hand, predict too high stripping rates and hence produce a lower amount of stars. The large scale mass distribution in the universe has been studied using data from the Illustris simulation. It has been found, that the baryon fraction is too low in massive halos, compared to observations. On the other hand, a substantial amount of baryons can be found in dark-matter voids, being transported there by feedback processes.