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Spiral Arms and their Effects on Secular Evolution and Star Formation in Disk Galaxies

Foyle, Kelly

German Title: Die Auswirkungen von Spiralarmen auf Scheibengalaxien

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Abstract

We investigate how spiral structure affects the observational properties of disk galaxies both in terms of dynamical secular evolution and of star formation. We derived the first observational estimate of the torque-induced instantaneous angular momentum flow, resulting from non-axisymmetric features in the stellar distribution for a sample of 24 galaxies. The strongest torques were found among barred galaxies. In the inner regions, the average torques are strong enough to redistribute angular momentum on a timescale of ~4 Gyr with an outward angular momentum flow. In examining the role of spiral arms in star formation we found that they do not dominate, even in grand-design spiral galaxies as there is a comparable amount of interarm star formation. Further, we found that the arms show no enhancement in the efficiency of star formation in terms of molecular gas. We searched algorithmically for angular offsets between star formation tracers and found that there was no systematic spatial ordering of these tracers, as would be predictable by a shock triggering model of spiral structure. It seems spiral structure is most likely transient or at least more complex than the simplest models predict. These results point to a spiral structure that plays a lesser role in shaping a galaxy’s observable properties as was previously thought. The strength of gravitational torques depends more strongly on bars than on spiral structure, and spiral arms are not regions of enhanced star formation efficiency. At best they act to reorganize the interstellar medium and concentrate the gas.

Translation of abstract (German)

Wir untersuchen, wie dynamische Entwicklung und Sternentstehung von Scheibengalaxien durch Spiralarmstruktur beeinflusst werden. Es gelang die erste beobachterische Abschaetzung des drehmomentinduzierten Drehimpulstransport, der durch eine asymmetrische Sternverteilung entsteht, basierend auf 24 Galaxien. Es zeigt sich, dass Balkengalaxien die st¨arkste Drehmomente haben. Im Durchschnitt sind die gravitativen Drehmomente in den Zentralbereichen der Galaxien stark genug, um den Drehimpuls auf Zeitskalen von ~4 Gyr nach außen zu transportieren. Wir haben die Sternentstehung in den Spiralarmen und zwischen den Spiralarmen untersucht und gefunden, dass die Sternentstehung in beiden Gebieten vergleichbar stark ist. Zudem zeigen die Arme keine groeßere Sternentstehungs-Effizienz in Bezug auf molekularen Wasserstoff. Darueberhinaus gibt es keine Anzeichen fuer eine systematische r¨aumliche Anordnung von Sternentstehungs-Indikatoren, wie man etwa in einem Schock-Trigger-Modell der Spiralstruktur erwarten w¨urde. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Spiralarmstruktur nur eine untergeordnete Rolle in der Entwicklung der beobachtbaren Galaxien-Eigenschaften spielt. Selbst die gravitativen Drehmomente werden staerker durch Balken als durch Spiralarmstruktur beeinflusst. Spiralarme haben keine erhoehte Sternentstehungseffizienz. Es scheint, dass Spiralarmstruktur relativ kurzlebig ist oder mindestens komplexer als einfachste Modelle erwarten lassen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Rix, Prof. Dr. Hans-Walter
Date of thesis defense: 13. October 2010
Date Deposited: 19. Oct 2010 11:54
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Galaxie, Astronomie, Sternentstehung, Balkenspirale
Uncontrolled Keywords: secular evolution , spiral structure
Additional Information: id: DOI: 10.1111/j.1365-2966.2010.16931.x
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