Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

Dust emission and star formation in the Stephan's Quintet compact group of galaxies

Natale, Giovanni

German Title: Staubemission und Sternbildung in der kompakten Galaxien Gruppe Stephans Quintett

[img]
Preview
PDF, English Print-on-Demand-Kopie (epubli)
Download (3197Kb) | Lizenz: Print on Demand

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the persistent URL or the URN below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

Understanding the intergalactic medium (IGM) gas cooling processes, which are necessary to fuel star formation in galaxies, and the effect of galaxy--galaxy and galaxy--IGM interactions, which modify stellar and gas distributions of galaxies in groups and clusters, is vital to construct realistic models of galaxy formation and evolution. The Stephan's Quintet (SQ) compact group of galaxies is a natural laboratory for studying these phenomena because the galaxies of this group are heavily interacting between each other and with the group IGM. Furthermore its vicinity allows to study the details of the interaction phenomena, which are believed to be much more common in the early universe, and its compactness on the sky permits studies of diffuse components associated with the group IGM. In this thesis we present an analysis of a comprehensive set of MIR/FIR observations of Stephan's Quintet, taken with the Spitzer Space Observatory. The emission seen at these wavelengths is produced by dust particles and can be used to trace star formation events, AGN activity and also hot gas cooling, in the case dust emission is powered by collisions between plasma particles and dust. Applying a novel fitting technique to the Spitzer FIR maps, we have been able to separate the different sources of dust emission in this group and perform their photometry at FIR as well as MIR wavelengths. Our study has revealed for the first time the presence of a luminous and extended component of infrared dust emission, not connected with the mainbodies of the group galaxies, and roughly coincident with the X-ray halo of the group. We fitted the inferred dust emission spectral energy distribution of this extended source and the other main infrared emission components of SQ, including the intergalactic shock, to elucidate the mechanisms powering the dust and PAH emission, taking into account dust collisional heating and heating through UV and optical photons. Combining the fraction of dust luminosity powered by UV photons, as derived from the SED fitting, with the UV luminosity directly observed on the GALEX FUV map of SQ, we estimated the star formation rate (SFR) for each dust emitting source, thus providing a complete picture of star formation in SQ embracing obscured and unobscured components. The total SFR of SQ is $7.5~{rm M_odot/yr}$, similar to the value expected for non interacting galaxies of the same mass of SQ galaxies. However the star formation sites are found mainly at the periphery of the galaxies or in the intergalactic medium, at variance with the usual pattern of star formation in field galaxies which is typically distributed in the central regions or main bodies of galaxies. Despite the unusual location of star formation sites, we have found that, for the brightest sources in SQ, the SFR per unit physical area is similar to that characteristic of disk galaxy star formation regions when compared to the corresponding gas column density on a Kennicutt--Schmidt diagram. We also show that even though the detected extended component of dust emission trace the distributed group star formation, available sources of dust in the group halo can provide enough dust to produce up to $L_{IR}approx10^{42}~{rm erg/s}$ powered by collisional heating. This amount, several times higher than the X-ray halo luminosity, could provide an important cooling mechanism for the IGM hot gas. At the end of the thesis we present a theoretical model of a high velocity shock, similar to the one occuring in SQ IGM, taking into account dust cooling and dust destruction. This model shows that, although the efficiency of dust cooling drops quickly because of dust removal by sputtering, the gas cooling time is reduced by a factor of 2-3, compared to the case where only radiative cooling is considered.

Translation of abstract (German)

Um realistische Modelle f"{u}r die Entstehung und Entwicklung von Galaxien zu entwickeln, ist das Verst"{a}ndnis von zwei Dingen notwendig: die Gask"{u}hlungsprozesse des intergalaktischen Mediums (IGM), welche die Sternbildung in Galaxien antreiben, und die Interaktionen zwischen Galaxien und Galaxien und IGM, welche die Stern-- und Gasverteilungen von Galaxien in Gruppen und Clustern beeinflussen. Das Stephans Quintett (SQ) ist eine kompakte Gruppe von stark untereinander und mit dem IGM wechselwirkenden Galaxien und daher eine ideale Umgebung f"{u}r die Untersuchung dieser Prozesse. Seine Kompaktheit am Himmel erlaubt eine Studie der ausgedehnten Komponenten, die dem IGM der Gruppe zugeordneten werden. Des weiteren erlaubt seine geringe Entfernung eine detaillierte Studie der Wechselwirkungen zwischen Galaxien, von denen man glaubt, dass sie im fr"{u}hen Universum h"{a}ufiger waren. In dieser Arbeit pr"{a}sentieren wir die Ergebnisse des Untersuchung von Spitzer Space Observatory Aufnahmen des SQ im MIR/FIR Wellenl"{a}ngenbereich. Die Strahlung in diesen Wellenl"{a}ngen wird von Staubpartikeln produziert und ist ein Indikator sowohl f"{u}r Sternentstehung und AGN Aktivit"{a}ten, als auch f"{u}r die Abk"{u}hlung von heiss{}em Gas, falls die Strahlung durch Kollisionen der Staubpartikel mit dem Plasma erzeugt wird. Unter Anwendung einer neuen Fit-Technik auf die Spitzer FIR Karten waren wir in der Lage, die verschiedenen Quellen der Staubstrahlung in dieser Gruppe zu isolieren und ihre Photometrie sowohl im FIR als auch im MIR zu erstellen. Diese Untersuchung hat zum ersten Mal das Vorhandensein einer leuchtenden, ausgedehnten Komponente der infraroten Staubemission gezeigt, die nicht direkt mit einer der Galaxien verbunden ist, jedoch grob mit dem Halo der Gruppe im R"{o}ntgenlicht zusammenf"{a}llt. Wir haben die IR spektrale Energieverteilung (SED) der Staubemission sowohl dieser ausgedehnten Quelle als auch die der anderen Hauptkomponenten des SQ und der intergalaktischen Schockregion gefittet, um dem treibenden Mechanismus hinter der Staub-- und PAH--Emission zu ergr"{u}nden. Dabei wurden Staubaufheizung durch St"{o}ss{}e und durch UV und optische Photonen ber"{u}cksichtigt. Unter Verwendung der direkt gemessenen UV-Leuchtkraft aus den GALEX FUV Karten des SQ und dem Bruchteil der Staubemission verursacht durch UV Photons, abgeleitet aus dem SED Fit, konnten wir die Sternentstehungsrate (SFR) der Quellen der Staubemission absch"{a}tzen und somit ein vollst"{a}ndiges Bild der Sternentstehung im SQ mithilfe der verdeckten und direkt sichtbaren Komponenten erstellen. Die gesamte SFR des SQ ist $7.5~{rm M_odot/yr}$, vergleichbar mit dem zu erwartenden Wert f"{u}r nicht wechselwirkende Galaxien von vergleichbarer Masse. Jedoch findet die Sternbildung vor allem in der Peripherie der Galaxien oder im IGM statt, im Gegensatz zu den f"{u}r Feldgalaxien "{u}blichen inneren Bereichen oder der Kernregion. Trotz dieses ungew"{o}hnlichen Ortes f"{u}r die Sternbildung stellen wir f"{u}r die hellsten Quellen im SQ fest, dass die SFR pro physikalischer Fl"{a}che vergleichbar ist mit dem entsprechenden Wert einer Scheibengalaxie mit entsprechender Gas--S"{a}ulendichte in einem Kennicutt--Schmidt Diagramm. Wir zeigen auch, dass obwohl die detektierte ausgedehnte Komponente der Staubemission der Sternentstehung in der Gruppe folgt, vorhandene Staubquellen im Halo der Gruppe genug Staub zur Verf"{u}gung stellen k"{o}nnen um eine Leuchtkraft von bis zu $L_{IR}approx10^{42}~{rm erg/s}$ durch Stoss{}-Aufheizen zu erzeugen. Dieser Betrag, ein Vielfaches der Haloleuchtkraft im R"{o}ntgenbereich, k"{o}nnte einen K"{u}hlmechanismus f"{u}r das heiss{}e Gas im IGM darstellen. Am Schluss dieser Arbeit pr"{a}sentieren wir ein theoretisches Modell eines Hoch-- geschwindigkeitsschocks, vergleichbar mit dem im IGM des SQ, unter Ber"{u}cksichtigung der K"{u}hlung durch Staub und der Staubzerst"{o}hrung. Obwohl die Effizienz der K"{u}hlung durch Staub aufgrund der Verdampfung der Staubk"{o}rner schnell sinkt, zeigt dieses Modell dass die ben"{o}tigte Zeit f"{u}r die Abk"{u}hlung des Gases um einen Faktor 2-3 reduziert wird im Vergleich zu einer Abk"{u}hlung ausschliess{}lich durch thermische Strahlung des Gases.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hofmann, Prof. Dr. Werner
Date of thesis defense: 16. July 2010
Date Deposited: 29. Jul 2010 10:45
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: galaxies , intergalactic medium , star formation , dust emission
About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoLogo der Open-Archives-Initiative