The outer haloes of massive elliptical galaxies [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Payel Das

Payel Das

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 10
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 11 Mo

Extrait

T H E O U T E R H A L O E S O F M A S S I V E E L L I P T I C A L G A L A X I E S
payel das
[17th May 2011 at 16:14 ][17th May 2011 at 16:14 ]T H E O U T E R H A L O E S O F M A S S I V E E L L I P T I C A L G A L A X I E S
payel das
Dissertation
an der Fakultät für Physik
der Ludwig-Maximilians-Universität
München
vorgelegt von
Payel Das
aus Raj-Nilgiri, Indien
München, den 20 Januar 2011
[17th May 2011 at 16:14 ]erstgutachter: PD Dr. Ortwin Gerhard
zweitgutachter: Prof. Dr. Hans Böhringer
tag der mündlichen prüfung: 01 April 2011
[17th May 2011 at 16:14 ]The mind is not a vessel to be filled but a fire to be kindled.
— Plutarch
Dedicated to the loving memory of my grandfathers.
[17th May 2011 at 16:14 ][17th May 2011 at 16:14 ]A B S T R A C T
This thesis has focused on the outer haloes of a sample of six
massive elliptical galaxies in the nearby universe. NGC 1399 is
located at the centre of the Fornax cluster, NGC1407 and NGC
5846 at the centre of groups, and NGC 4472 (M49), NGC 4486
(M87), and NGC 4649 (M60) at the centre of sub-clumps in the
irregular Virgo cluster.
A new method based on Bayesian statistics has been developed
to constrain the mass distribution from density and temperature
profiles of the surrounding hot gas. Dynamical models were
created for NGC 4486 and NGC 5486 using Jeans equations and
assuming a potential determined from X-ray observations. For
NGC1399 and NGC4649, dynamical models were created in a
range of potentials using the flexible N-body made-to-measure
code, NMAGIC. Photometric constraints from surface-brightness
images and kinematic constraints from long-slit, planetary nebula
(PN) and globular cluster (GC) data were used.
The X-ray circular velocity curves are often lower in the central
10 kpc compared to previous dynamical models and dynam-
ical models of NGC 1399 and NGC 4649 in this work. Further
out they all rise, while the dynamical circular velocity curves of
NGC 1399 and NGC 4649 are approximately isothermal in the
halo. The central discrepancies could be due to non-thermal con-
tributions of. 35% in the pressure (with stronger effects in NGC
4486), multiple-temperature components in the hot gas, or mass
profiles that are insufficiently general in the dynamical modelling.
Discrepancies in the halo may arise from uncertainties associated
with the deprojection of the temperature and density profiles,
metallicity gradients, and disturbances from gas outflows.
The X-ray analyses point towards massive dark matter haloes
with dark matter mass fractions of 35–80% at 2 R , rising toe
a maximum of 80–90% at the outermost radii. The dynamical
models of NGC 1399 find a significantly more diffuse halo with
hardly any dark matter within 1 R and only 55% at 5 R . Despitee e
the uncertainties in the X-ray mass distributions, the sample
follows a Tully-Fisher relation with slope 4, and the circular
velocities and stellar luminosities at 1 R correlate strongly withe
the velocity dispersion of the local environment. These relations
suggest a close link between the properties of central X-ray bright
elliptical galaxies and their local environments.
Kinematic data in the halo have been found to be fundamental
for differentiating between mass profiles. The particular circular
velocity curves and stellar density profiles of massive elliptical
galaxies result in an approximate independence of the measured
velocity dispersions from the anisotropy. Therefore discrete trac-
ers, which at present generally only resolve the line-of-sight
velocity distribution up to the first two moments, are able to
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[17th May 2011 at 16:14 ]provide strong constraints. The PNe in NGC4486 were also in-
valuable in finding the truncation of the stellar halo at 150
kpc. The models of NGC4649 however found that GCs should
be treated with caution as they may form a dynamically distinct
system that does not trace the kinematics of the main stellar
population.
A range of anisotropies were found in NGC1399, NGC4486,
NGC4649, and NGC5846, pointing towards complex and varying
formation histories.
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[17th May 2011 at 16:14 ]Z U S A M M E N FA S S U N G
Diese Arbeit hat die äußeren Halos von sechs massereichen ellip-
tischen Galaxien im nahen Universum zum Thema. NGC 1399
befindet sich im Zentrum des Fornax Galaxienhaufens, NGC1407
und NGC 5846 in den Zentren von Galaxiengruppen und NGC
4472 (M49), NGC4486 (M87) und NGC4649 (M60) in den Zen-
tren von Unterstrukturen des unregelmässigen Virgo-Haufens.
Eine neue, auf Bayesischer Statistik aufbauende Methode wurde
entwickelt, um die Massenverteilung aus Dichte- und Temper-
aturprofilen des umgebenden heißen Gases einzugrenzen. Für
NGC 4486 und NGC 5486 wurden dynamische Modelle als
Lösungen der Jeans Gleichungen berechnet, mit dem aus den
Röntgenbeobachtungen bestimmten Potential. Für NGC 1399
und NGC 4649 wurden mit dem flexiblen N-Körper made-to-
measure Programm NMAGIC dynamische Modelle für eine
ganze Reihe von Potentialen konstruiert. Die müssen
den photometrischen Beobachtungsdaten aus Flächenhelligkeits-
bildern genügen, sowie verschiedenen Kinematikdatensätzen von
Langspalten, Planetarischen Nebeln (PN) und Kugelsternhaufen.
Verglichen mit vielen älteren dynamischen Modellen, sowie
den Modellen für NGC 1399 und NGC 4649 aus dieser Arbeit,
sind die Kreisgeschwindigkeiten aus Röntgenbeobachtungen in
den innersten 10 kpc niedrig. Zu grösseren Radien hin steigen
sie jeweils an, allerdings sind die Kreisgeschwindigkeitskurven in
den Halos von NGC 1399 und NGC 4649 aus dynamischen Mod-
ellen annähernd isotherm. Die Abweichungen in den inneren
Bereichen könnten von nicht thermischen Beiträgen zum Druck
in der Grössenordnung von. 35% herrühren (mit stärkeren Ef-
fekten in NGC 4486), von Gaskomponenten unterschiedlicher
Temperaturen, oder davon, dass die Massenprofile in der dy-
namischen Modellierung nicht allgemein genug angesetzt waren.
Abweichungen im Halo könnten Ungenauigkeiten in der Depro-
jektion der Temperatur- und Dichteprofile widerspiegeln, Metal-
lizitätsgradienten, oder Störungen durch abströmendes Gas.
Die Röntgenanalyse weist auf massereiche Halos aus dun-
kler Materie hin, deren Anteil innerhalb 2 R etwa 35–80%e
beträgt und zum äußersten Radius hin auf einen Maximalw-
ert von 80–90% ansteigt. Die dynamischen Modelle für NGC
1399 lassen auf einen signifikant weniger konzentrierten Halo
schließen, mit fast gar keiner dunklen Materie innerhalb von
1 R und einem Anteil von nur 55% innerhalb 5 R . Ungeachtete e
der Unsicherheiten in den Röntgenmassenprofilen folgen die
Galaxien der Tully-Fisher Relation mit einer Steigung von 4
und die Kreisgeschwindigkeiten und stellaren Leuchtkräfte bei
1 R korrelieren stark mit der Geschwindigkeitsdispersion dere
unmittelbaren Umgebung. Diese Beziehungen legen eine enge
Verbindung zwischen den Eigenschaften der zentralen, röntgen-
ix
[17th May 2011 at 16:14 ]leuchtkräftigen elliptischen Galaxien und ihrer unmittelbaren
Umgebung nahe.
Kinematische Daten im Halo haben sich als fundamental er-
wiesen, um zwischen verschiedenen Masseprofilen zu unter-
scheiden. Die spezifischen Kreisgeschwindigkeitskurven und
Sterndichteprofile in massereichen Galaxien sind gerade so, dass
die beobachteten Geschwindigkeitsdispersionen annähernd un-
abhängig von der Anisotropie werden. Deshalb können auch
diskrete Masseindikatoren wie die PN Geschwindigkeitsverteilung,
als der man derzeit nur die ersten beiden Momente verlässlich
bestimmen kann, die Massenverteilung wesentlich einschranken.
Die PNe in NGC 4486 waren ferner außerordentlich wichtig, um
herauszufinden, dass der stellare Halo bei etwa 150 kpc ab-
bricht. Die Modelle von NGC4649 lassen indes erkennen, dass
GCs mit Vorsicht behandelt werden sollten, da sie möglicherweise
ein separates dynamisches System bilden und ihre Kinematik
nicht mit der stellaren Hauptpopulation übereinstimmt.
Die Variationsbreite der Anisotropien, die wir in NGC 1399,
NGC 4486, NGC 4649 und NGC 5846 gefundenen haben zeigt,
dass die Details der Verschmelzprozesse bei ihrer Entwicklung
wichtig gewesen sein müssen.
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[17th May 2011 at 16:14 ]