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On the Distribution of Luminous and Dark Matter in Strong Lensing Galaxies

Leier, Dominik

German Title: Über die Verteilung leuchtender und dunkler Materie in starken Gravitationslinsen

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Abstract

The interplay between luminous and dark matter is essential to the formation of galaxies. It is thought to take place in a multistage process, starting with the gravitational collapse of dark matter, followed by baryonic gas falling into the potential wells. As baryons cool down, they form stars, resulting in the first galaxies. The formation process is still poorly understood, but observations provide empirical relations between galaxy characteristics, such as the "fundamental plane" of elliptical galaxies, which correlates brightness, size and velocity dispersion. This work explores aspects of galaxy formation through two techniques. Non-parametric modeling of gravitational lenses constrains their total mass content. Stellar mass can be estimated via population synthesis. Both techniques are applied to a sample of 21 lenses, using archival HST data. In a first step the fundamental plane is recovered. The lensing galaxies are shown to be close to virial equilibrium. We extract radial mass profiles (spatially resolved 1 kpc) and find a common radial range, where the transition from baryonic to dark matter dominated regions occurs. For different radii R, we study the enclosed stellar (Ms(< R)) to total mass (ML(< R)) plane, which can be viewed as a projection of the fundamental plane. Extrapolating dark matter profiles, we find an extension of the concentration to virial mass relation to unprecedented low masses. Finally we examine possible diagnostics of the baryonic cooling process and test common prescriptions used in simulations.

Translation of abstract (German)

Das Zusammenspiel von leuchtender und dunkler Materie ist von grundlegender Bedeutung für die Entstehung von Galaxien. Diese wird als mehrstufiger Prozess angenommen, der mit dem gravitativen Kollaps dunkler Materie beginnt und das Einfallen baryonischen Gases in entstandene Potentialtöpfe nach sich zieht. So wie Baryonen kälter werden, bilden sich Sterne, was die Entstehung der ersten Galaxien zur Folge hat. Der Entstehungsprozess ist bis heute wenig verstanden, jedoch geben Beobachtungen Aufschluss über empirische Beziehungen zwischen charakteristischen Galaxiemerkmalen, wie z.B. die Fundamentalebene elliptischer Galaxien, die eine Korrelation zwischen Helligkeit, Größe und Geschwindigkeitsdispersion darstellt. In dieser Arbeit werden Aspekte der Galaxienentstehung durch zwei Verfahren erkundet. Nichtparametrisches modellieren von Gravitationslinsen ermöglicht es, die in ihnen enthaltene Gesamtmasse einzuschränken. Die stellare Masse kann mittels Populationssynthese abgeschätzt werden. Beide Methoden werden auf eine Auswahl von 21 Gravitationslinsen, für die HST Daten zur Verfügung steht, angewendet. Damit wird in einem ersten Schritt die Fundamentalebene reproduziert. Wie gezeigt wird befinden sich Gravitationslinsengalaxien nahe am virialen Gleichgewicht. Wir extrahieren radiale Massenprofile (räumlich aufgelöst 1 kpc) und finden einen gemeinsamen radialen Bereich, in dem der Übergang vom baryonen-dominierten Gebiet zum dunkle-materie-dominierten Gebiet stattfindet. Für unterschiedliche Radien R untersuchen wir die durch eingeschlossene stellare Masse (Ms(< R)) und Gesamtmasse (ML(< R)) aufgespannte Ebene, die als Projektion der Fundamentalebene betrachtet werden kann. Durch Extrapolation der Dunkle-Materie-Profile, finden wir eine Erweiterung der Relation zwischen Konzentration und Virialmasse hin zu beispiellos kleinen Massen. Schließlich untersuchen wir mögliche Diagnoseverfahren für die Kühlung von Baryonen und testen deren Realisierung innerhalb von Simulationen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wambsganß, Prof. Dr. Joachim K.
Date of thesis defense: 23. November 2011
Date Deposited: 29. Nov 2011 14:33
Date: 2011
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > ZAH: Astronomisches Rechen-Institut
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Gravitationslinse, Dunkle Materie, Elliptischer Nebel
Uncontrolled Keywords: Stellare PopulationssyntheseGravitational Lensing , Dark Matter , Elliptical Galaxies , Stellar Population Synthesis
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