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Observational Dynamics of Low-Mass Stellar Systems - The Mass Content of Ultra-Compact Dwarf Galaxies and Diffuse Globular Clusters

Frank, Matthias Johannes

German Title: Beobachtungen der Dynamik massearmer Sternsysteme - Der Masseinhalt von ultrakompakten Zwerggalaxien und diffusen Kugelsternhaufen

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Abstract

Using spectroscopy and imaging obtained with ground-based telescopes and the Hubble Space Telescope (HST), we study the dynamics of ultra-compact dwarf galaxies (UCDs) and diffuse Galactic globular clusters (GCs). We present, for the first time, the spatially resolved kinematics of a UCD. We obtain a velocity dispersion profile fully consistent with a constant mass-to-light ratio (M/L) that in turn agrees well with its stellar population M/L. We find no evidence for an extended dark matter halo nor for a massive central black hole. While this does not exclude a galaxian origin for the UCD, we conclude that its internal kinematics are fully consistent with it being a massive star cluster. Results from the gravity-sensitive 2.3micron CO index of UCDs do not support a scenario explaining their high M/L with an overabundance of low-mass stars. A comparison the photometric and dynamical mass of the GC Palomar 4 yields good agreement with Newtonian dynamics and adds to the evidence against Modified Newtonian dynamics (MOND). We find mass segregation in Palomar 4 and Palomar 14 that may be primordial given their long relaxation times, or that suggests that these clusters were once significantly more compact.

Translation of abstract (German)

Basierend auf spektroskopischen und photometrischen Daten, die mit bodengebundenen Teleskopen und dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnen wurden, wird die Dynamik ausgedehnter Kugelsternhaufen in der Milchstraße und ultrakompakter Zwerggalaxien (UCDs) untersucht. Zum ersten Mal wird die Kinematik eines UCDs räumlich aufgelöst. Das UCD zeigt ein Geschwindigkeitsdispersionsprofil in gutem Einklang mit einem konstanten Masse zu Leuchkraft-Verhältnis (M/L), welches wiederum gut mit dem M/L der Sternpopulation des UCDs übereinstimmt. Es gibt keine Hinweise auf das Vorhandensein eines ausgehnten Dunkle Materie-Halos, noch eines massereichen schwarzen Lochs. Während dies einen galaktischen Ursprung des UCDs nicht ausschließt, ist seine interne Dynamik in guter Übereinstimmung mit der eines massereichen Sternhaufens. Die Messung des oberflächenschwerkraftsensitiven 2.3micron CO Index von UCDs liefert keine Hinweise auf ein Szenario, welches die hohen M/L von UCDs mit einer Überhäufigkeit massearmer Sterne erklärt. Ein Vergleich der photometrischen und dynamischen Masse des Kugelsternhaufens Palomar 4 zeigt gute Übereinstimmung in Newtonscher Dynamik und stärkt die Beweislast gegen modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND). Die Massensegregation, die in Palomar 4 und 14 gemessen wird, könnte angesichts der langen Relaxationszeit beider Kugelsternhaufen primordial sein, oder bedeuten dass beide Kugelsternhaufen einst deutlich kompakter waren.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Grebel, Prof. Dr. E. K.
Date of thesis defense: 24 July 2012
Date Deposited: 07 Sep 2012 13:55
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > ZAH: Astronomisches Rechen-Institut
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: dynamics , ultra-compact dwarf galaxies , globular clusters
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