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Empirical Models of the Milky Way at the North Galactic Pole based on SDSS Photometric Data

Gao, Shuang

German Title: Empirische galaktische Modelle um den nördlichen Pol auf SDSS Photometrische Daten basieren

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Abstract

In dieser Doktorarbeit werden verschiedene galaktische Modelle mit photometrischen Daten vom Sloan Digital Sky Survey (SDSS) um den nördlichen galaktischen Pol verglichen. Die genutzten farbkorrigierten Magnituden entstammen dem SDSS DR7 Katalog. Der beste Fit der Farb-Helligkeits-Diagramme (FHD) verschiedener Kugelsternhaufen werden als passende Isochrone genutzt und mit stellaren Populationsmodellen verglichen. Die galaktischen Modelle, welche in dieser Arbeit genutzt werden, sind das Just-Jahreiß, das TRILEGAL und das Besancon Modell. Diese werden im Detail erläutert und genutzt um den stelleren Bestand mit drei Bestandteilen zu reproduzieren sowie mit SDSS Sternzählungen in Hess Diagrammen und Leuchtkraftfunktionen zu vergleichen. Das Just-Jahreiß Modell nimmt einen Satz von kontinuierlichen Unterpopulationen der dünnen Scheibe an um das beste Hess Diagram der beobachteten Sternverteilung zu reproduzieren. Die FHDs des Just-Jahreiß Modells basieren auf der empirischen Hauptreihe von nahen Sternen. Dabei findet sich die größe Diskrepanz zwischen Model und Beobachtungen im Übergang von der du¨nnen zur dicken Scheibe. Die dazu passende Sternentstehungsrate und Alters-Geschwindigkeitsdispersions-Relation werden im besten ”Model A” bestimmt. Die lokale Kalibration wird mit SDSS Sternzählungen normalisiert. Ringförmige Felder in hohen Breitengraden und Streifen in niedriger Breite werden mit dem Just-Jahreiß Modell getestet. Die Unterschiede werden mit abnehmender Breite größer. Das beste Skalenlängenpaar der Scheibe wird gefunden, wenn die Hess Diagramme des nördlichen Pols mit 24 kleineren Ringfeldern gefittet werden. TRILEGAL reproduziert den stellaren Inhalt mit dem ursprünglichen, sowie mit drei anderen Sätzen von Eingaben, welche aus den Just-Jahreiß, dem Besancon, sowie dem Juric Modell Parametern bestimmt werden. Die Optimierung der vier verschiedenen Parameters¨atze wird als neuer Satz genutzt. Das Besancon Modell wird ananlysiert mit Hilfe von Isochronen verschiedener Farbe, Helligkeitsfunktionen und mit Hess Diagrammen. Die Position und der numerische Anteil an Riesensternen, welche vom Besancon Model produziert werden, werden in einem mehrfarbigen Hess Diagramm gezeigt. Die Isochronen der dicken Scheibe und des Halo vom TRILEGAL wie auch vom Besancon Modell werden mit den Isochronen von beobachteten Sterenhaufen getestet. Die Qualität des Fits im Hess Diagramm des Just-Jahreiß, des TRILEGAL, sowie des Besanc?on Models ist 5%, 30% und 50%. Aus diesen Vergleichen ergeben sich drei hauptsächliche Resultate: 1) Die wichtigsten Unterschiede werden durch die Struktur der Scheibe verursacht. 2) Die Helligkeitsfunktionen sind insensitiv in Bezug auf die Struktur der Scheibe. Die Unterschiede in den Hess Diagrammen werden von den Helligkeitsfunktionen nicht wieder gegeben. 3) Die Isochronen der dicken Scheibe und des Halo zeigen signifikante Farbunterschiede (zumindest für das Besancon Modell).

Translation of abstract (English)

This thesis aims at comparisons between several Galactic models and photometric data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) at the north galactic cap. The data are selected from the SDSS DR7 catalogue using the de-reddened magnitudes. The mean color-magnitude ridgelines of different globular clusters are used as fiducial isochrones and compared to model stellar population sequences on color-magnitude diagrams (CMDs). The galactic models used in this work are the Just-Jahreiß, TRILEGAL, and Besancon models. These are described in detail and used in order to reproduce the stellar contents with three components which are compared with SDSS star counts in Hess diagrams and luminosity functions. The Just-Jahreiß model adopts a set of continuous sub-populations of the thin disk to reproduce the best Hess diagram of the observed stellar distribution. The CMDs of the Just-Jahreiß model are based on the empirical main sequence derived from nearby stars. The largest discrepancy is located at the transition between the thin and thick disks. The corresponding star formation rate (SFR) and agevelocity dispersion relation (AVR) are estimated from the best “model A”. And the local calibration is normalized by SDSS star counts. The high latitude ring fields and a low latitude stripe are tested using the Just-Jahreiß model, the discrepancies increase along with the decreasing latitudes. The best scale length pair of the disks is found by the fits in the Hess diagrams of the NGP and 24 smaller ring fields. With TRILEGAL reproduce the stellar content using the default and three other input sets which are determined from the Just-Jahreiß, Besanc¸on, and Juri´c models parameters. An optimization of the four sets is presented as a new input set. The Besancon model is analyzed using multi-color isochrones, luminosity functions and Hess diagrams. The positions and the numerical fraction of giants produced by the Besancon model are indicated on multi-color Hess diagrams. The isochrones for the thick disk and halo of the TRILEGAL and Besancon models are tested by the observed star cluster fiducial isochrones from SDSS. The qualities of the fit in the Hess diagrams of the Just-Jahreiß, TRILEGAL, and Besancon models are 5%, 30%, and 50%, respectively. These comparisons result in three main findings: 1) The essential discrepancies are caused by the structures of disks. 2) The luminosity functions are insensitive to the structures of disks. The discrepancies reflected on Hess diagrams cannot be presented on luminosity functions. 3) The isochrones of the thick disk and halo show the significant color offsets (at least for the Besancon model).

Item Type: Dissertation
Supervisor: Grebel, Prof. Dr. Eva
Date of thesis defense: 26. October 2011
Date Deposited: 04. Nov 2011 13:04
Date: 2011
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Milchstraßensystem, Galaktischer Halo, Galaktischer Pol
Uncontrolled Keywords: Galaktischer Scheibe , Sterne zählenMilky Way , Galactic halo , Galactic disk , Galactic pole , star count
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