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Galaxy and Structure Formation in Dynamical and Coupled Dark Energy

Penzo, Camilla

German Title: Galaxienentstehung und Strukturbildung in dynamischen und gekoppelten Dunkle Energiemodellen

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Abstract

In this thesis I study the effects of different Dark Energy models on galaxy formation via numerical simulations. I investigate systems around and be- low Milky-Way masses and describe the effects of dark energy at galactic and sub-galactic scales. Firstly, I analyze high-resolution hydrodynamical simulations of three disc galaxies in dynamical dark energy models. While overall stellar feedback remains the driving mechanisms in shaping galaxies, the effect of the dark energy parametrization plays a larger role than pre- viously thought. Secondly, I broaden the galaxy sample by simulating a 80 Mpc/h side cube of our universe using the same dynamical dark energy mod- els. I show that resolution is a crucial ingredient so that baryonic feedback mechanisms can enhance differences between cosmological models. Thirdly, I investigate the effects of dynamical dark energy on dwarf mass scales. I find that there is more variation from object to object (due to the stochasticity of star formation at these scales) than between the same object in different cosmological models, which makes it hard for observations to disentangle different dark energy scenarios. In the second part of this thesis I investi- gate the effects of coupled dark energy models on galactic and sub-galactic scales via dark matter only high-resolution simulations. I find that coupled models decrease concentrations of (Milky-Way-like) parent haloes and also reduce the number of subhaloes orbiting around them. This improves the agreement with observations and, hence, makes these cosmologies attractive alternatives to a cosmological constant.

Translation of abstract (German)

In meiner Arbeit untersuche ich die Effekte verschiedener Modelle für die Dunkle Energie auf die Galaxienentstehung mit Hilfe numerischer Simulatio- nen. Ich untersuche Systeme mit Massen ähnlich oder kleiner der der Milch- strağe und beschreibe die Auswirkungen der Dunklen Energie auf galaktis- chen und subgalaktischen Skalen. Zunächst untersuche ich hochauflösende hydrodynamische Simulationen von drei Scheibengalaxien in dynamischen Dunklen Energiemodellen. Während die thermische und kinetische Rück- kopplung von Sternen bei der Gestaltung der Galaxien weiterhin eine dom- inante Rolle spielt, wirkt sich die Parametrisierung der Dunklen Energie stärker aus als bisher angenommen. Als nächstes erweitere ich die Galaxien- probe durch Simulation der gleichen dynamischen Dunklen Energiemodelle in einem Würfel mit 80 Mpc/h Seitenlänge. Dabei zeige ich, dass die Auflösung ein entscheidender Faktor für die baryonischen Rückkopplung ist und dass sie die Unterschiede zwischen kosmologischen Modellen sichtbarer machen kann. Drittens habe ich die Auswirkungen von dynamischer Dunkler Energie auf Zwerggalaxien untersucht. In diesen Skalen erzeugt die stochastische Sternentstehung eine solch groğe Varianz von einem Objekt zum nächsten, dass die Unterschiede zwischen verschiedenen kosmologischen Modellen nicht sichtbar sind. In Beobachtungen ist es also schwer, zwischen verschiedenen Dunklen Energieszenarien zu unterscheiden. Im zweiten Teil dieser Arbeit benutze ich hochauflösende Simulationen mit reiner Dunkler Materie, um den Einfluss von gekoppelter Dunkler Energie auf galaktischen und subgalaktis- chen Skalen zu untersuchen. Die gekoppelten Modelle verringern die Konzen- tration von - milchstraßenähnlichen - Halos und reduzieren die Anzahl der Satellitenhalos. Dadurch verbessert sich die Übereinstimmung mit Beobach- tungen, was diese Kosmologien zu attraktiven Alternativen gegenüber jenen mit einer kosmologischen Konstante macht.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Macciò, Dr. Andrea
Date of thesis defense: 7 July 2015
Date Deposited: 15 Sep 2015 06:13
Date: 2015
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
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