Galaxy evolution from the SDSS and EDisCS surveys [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Anja von der Linden

Anja, Von Der Linden

Sujets

• Astronomie

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 12
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 16 Mo

Extrait

Galaxy Evolution from the SDSS
and EDisCS Surveys
Dissertation der Fakult¨at fu¨r Physik
der
Ludwig-Maximilians-Universit¨at Mu¨nchen
vorgelegt von
Anja von der Linden
aus Stuttgart
Mu¨nchen, den 2. November 20071. Gutachter: Prof. Dr. Simon D. M. White
2. Gutachter: Priv.-Doz. Dr. Hans B¨ohringer
Tag der mu¨ndlichen Pru¨fung: 21. Dezember 2007Meinen Eltern gewidmet.Contents
Zusammenfassung (Summary in German) 5
Summary 7
1 Context and Framework 9
1.1 Galaxy clusters as sites of galaxy evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 The study of galaxies and galaxy clusters - historical beginnings . . . . . . . 10
1.3 The morphology–density relation and the bimodality of galaxies . . . . . . . . 12
1.4 Structure formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.1 The world we live in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.2 Linear growth of structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.3 Non-linear structure growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.4 Hierarchical Structure Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.5 Clusters as nodes of the cosmic web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5 Galaxy formation and formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.5.1 The basic recipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.2 Disk galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.3 Elliptical galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.4 Brightest Cluster Galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5.5 “Nature vs. Nurture” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5.6 Environmental processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6 Redshift Evolution: the Butcher–Oemler effect . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.7 Recent developments: the role of surveys and semi-analytic models . . . . . . 26
1.7.1 Local galaxy surveys: SDSS and 2dFGRS . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.7.2 High-redshift cluster surveys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.7.3 Semi-analytic modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.8 Aims and structure of this thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 How special are Brightest Cluster Galaxies? 33
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2 The Sloan Digital Sky Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.1 Spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.2 Photometry and Stellar Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.3 Radio catalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3 Selection of clusters and brightest cluster galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.1 Selection of the brightest cluster galaxy . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.2 Determination of the velocity dispersion and the virial radius . . . . . 40
2.4 Comparison to C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1Contents
2.4.1 Selected BCGs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.2 Cluster redshift measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.3 Velocity dispersion measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5 Radio–loud AGN activity of BCGs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6 Optical properties of BCGs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.1 Structural parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.2 Dynamical Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.3 Stellar Populations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.6.4 Emission line properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.6.5 Star formation in BCGs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7 Summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3 Galaxy distributions within the local clusters 67
3.1 Photometric catalogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.1 Geometric completeness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.2 Statistical background subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2 Total light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3 Light centroids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4 Test for substructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.5 Number density profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.6 Luminosity segregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.6.1 Number density profiles in luminosity bins . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.6.2 Faint-to-luminous ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.6.3 Average stellar mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.6.4 The cluster core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.7 Summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4 Population gradients in local clusters 91
4.1 Radial cluster profiles as density probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2 Measures of star formation history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
˚4.2.1 Spectroscopic indices: 4000A break and Hδ . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.2.2 Higher SNR indices from Principal Component Analysis . . . . . . . . 94
4.3 Applying PCA to cluster galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.3.1 PC1 vs. stellar mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.3.2 Mass completeness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.3.3 Aperture bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.3.4 Galaxy classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4 Radial profiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4.1 Star formation–radius relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.4.2 Fraction of post-starburst galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.4.3 Star formation rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.4.4 Fraction of Active Galactic Nuclei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.5 Summary and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2Contents
5 Stellar populations in high-redshift vs. low-redshift clusters 115
5.1 The ESO Distant Cluster Survey (EDisCS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.1.1 The spectroscopic dataset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.1.2 Stellar masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
˚5.2 An alternative CMD: 4000Abreak vs. stellar mass . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.2.1 Bimodality in PC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.2.2 Mass completeness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.2.3 Redshift dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.2.4 The SDSS comparison sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.2.5 The fraction of red galaxies in a mass-limited sample . . . . . . . . . . 129
5.2.6 Blue-to-total ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.2.7 Radial dependence of the galaxy population mix . . . . . . . . . . . . 133
5.3 Further star formation diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.3.1 PC2 vs. PC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.3.2 Emission lines: Comparison of recent and current star formation activity135
5.3.3 The fraction of post-starburst galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.3.4 Subclasses of blue galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3.5 Tightness of the red sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.3.6 Active red galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.4 Summary and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6 Discussion and outlook 147
A Improving SDSS Magnitudes for BCGs 149
A.1 Neighboring objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
A.2 The method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
A.3 Comparison for the BCGs of Postman & Lauer (1995) . . . . . . . . . . . . . 151
A.4 Comparison to 2MASS magnitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
A.5 Final magnitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
A.6 Influence of the sky subtraction on our results . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
B Examples of local clusters 157
References 162
3Contents
4