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Star Formation in the COSMOS Field : A radio view on the build-up of stellar mass over 12 billion years

Karim, Alexander

German Title: Sternentstehung im COSMOS Feld : Stellares Massenwachstum über 12 Milliarden Jahre aus Radiosicht

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Abstract

In this thesis I study the evolution of galaxies with a special focus on their star forming ability by using the extensive multi-wavelength data sets available for the 2 square degree COSMOS deep field. The deep radio continuum data from Very Large Array observations at a frequency of 1.4 GHz (a wavelength of 20 cm) form the basis of my analysis of the cosmic star formation history unaffected by dust obscuration. A newly developed stacking algorithm enabled an unprecedentedly representative view on the evolution of the average star formation rate within galaxies down to low limiting (stellar) masses since a redshift of z~3 (i.e. ~2 billion years after the Big Bang). My findings are in good agreement with results from different star formation diagnostics that often suffer from large dust corrections or significantly worse statistics. A main result of this thesis is the identification of a constant characteristic mass for star forming galaxies. It implies that galaxies with masses similar to our Milky Way have always been the main sites of star formation. Therefore the often debated 'downsizing scenario' where the characteristic mass decreases with cosmic time is ruled out. In the young universe (<1.5 billion years of cosmic age) I successfully searched for the most extreme star forming environments. These provide critical constraints on cosmic structure formation and dust enshrouded star formation at early times. A detailed case study not only reveals large amounts of molecular gas but also a powerful hidden active galactic nucleus in one such massive starburst. This finding demonstrates the diversity of this cosmologically important galaxy population.

Translation of abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wird die Evolution von Galaxien im Hinblick auf ihre Fähigkeit Sterne zu bilden untersucht, wobei die vorhandenen umfangreichen Multi-Wellenlängen Datensätze im 2 Quadratgrad grossen COSMOS Feld genutzt werden. Tiefe Beobachtungen im Radiokontinuum mit dem Very Large Array bei einer Frequenz von 1.4 GHz (entprechend einer Wellenlänge von 20 cm) bilden das Fundament einer Analyse der kosmischen Sternentstehungsgeschichte, die nicht durch Staub verfälscht wird. Ein neu entwickelter Bildstapelalgorithmus ermöglicht einen einmalig repräsentativen Einblick in die Evolution der mittleren Sternentstehungsrate bis hin zu Galaxien von geringem (stellaren) Massengehalt seit einer Rotverschiebung von z~3 (ca. 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall). Die Ergebnisse stimmen gut mit denen anderer Sternentstehungsdiagnostiken überein, welche oftmals von grossen Staubkorrekturen und signifikant schlechterer Statistik geprägt sind. Ein Hauptergebnis dieser Dissertation ist die Identifikation einer konstanten charakteristischen Masse sternbildender Galaxien. Es legt nahe, dass Galaxien von ähnlicher Masse wie unsere Milchstrasse stets die Hauptschauplätze von Sternbildung waren. Oft diskutierte Szenarien, in denen diese charakteristische Masse im Laufe der kosmischen Zeit abnehmen sollte, werden damit widerlegt. In dieser Arbeit wurde zudem erfolgreich nach den extremsten sternbildenden Umgebungen im frühen Universum (<1.5 Milliarden Jahre nach seiner Entstehung) gesucht. Jene stellen wichtige Objekte zur Eingrenzung der kosmischen Strukturbildung und der durch Staub verdeckten Sternentstehung zu frühesten Zeiten dar. Eine detaillierte Fallstudie enthüllt grosse Mengen an molekularem Gas aber auch einen versteckten aktiven Galaxienkern in einem solchen extrem sternbildenden Objekt. Dieses Ergebnis demonstriert die Vielfalt dieser kosmologisch wichtigen Galaxienpopulation.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Rix, Prof. Dr. Hans-Walter
Date of thesis defense: 23. November 2011
Date Deposited: 01. Dec 2011 11:40
Date: 2011
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Sternentstehung, Galaxie, Radioastronomie
Uncontrolled Keywords: Galaxienevolution , kosmische Sternentstehungsgeschichte , Starburst Galaxien , COSMOS SurveyGalaxy Evolution , Cosmic Star Formation History , Starburst Galaxies , COSMOS Survey
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