German Title: Das Molekulare Interstellare Medium in Weit-entfernten Galaxien

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Abstract

With the increased capabilities of sub-/millimeter facilities over the last decade it has become possible to observe the medium out of which most of the stars in today's Universe formed, the molecular interstellar medium in distant galaxies. In this thesis, I have tested what can be learnt from such observations, particularly of dust-continuum and CO emission. I compared the molecular gas masses inferred from observations of the ground transition of CO to those inferred from dust-continuum emission, finding that dust-continuum emission can be used to reliably infer the molecular gas content of massive star-forming galaxies at the peak epoch of star formation. However, by comparing the dust and CO emission at resolutions of a few kiloparsec, I found that dust-continuum emission is a poor tracer of molecular gas in the outskirts of typical star-forming galaxies at the same epoch. I also found that at least some distant star-forming galaxies host large, centrally-concentrated molecular gas reservoirs. Finally, I simulated molecular clouds with the aim of testing the impact of the Cosmic Microwave Background on observations of the emission from CO and atomic carbon in distant galaxies, highlighting the dominance of this background in the distant Universe.

Translation of abstract (German)

Aufgrund der gestiegenen Leistungsfähigkeit von Sub-/Millimeter-Teleskopen ist es innerhalb des letzten Jahrzehntes möglich geworden die Emission des molekularen interstellaren Mediums in fernen Galaxien zu beobachten, aus dem die meisten Sterne im heutigen Universum entstanden sind. In dieser Dissertation habe ich getestet, was man aus solchen Beobachtungen lernen kann, insbesondere aus der Emission des Staub-Kontinuums und CO-Übergängen. Ich habe die molekularen Gasmassen, die aus Beobachtungen des Grundübergangs von CO abgeleitet wurden, mit denen verglichen, die aus der Staub-Kontinuum-Emission abgeleitet wurden, und festgestellt, dass Letzteres verwendet werden kann, um zuverlässig auf den molekularen Gasgehalt massereicher sternbildender Galaxien in der Hochphase der Sternentstehung zu schließen. Durch den Vergleich der Staub- und CO-Emission bei Auflösungen von einigen Kiloparsec fand ich jedoch heraus, dass die Emission des Staub-Kontinuums ein schlechter Indikator für das molekulare Gas in den Außenbereichen typischer weit-entfernter Galaxien ist. Durch die Analyse dieser Beobachtungen fand ich auch heraus, dass zumindest einige entfernte sternbildende Galaxien große, zentrale molekulare Gasreservoirs aufweisen. Schließlich simulierte ich Molekülwolken mit dem Ziel, den Einfluss des kosmischen Mikrowellenhintergrunds auf die Beobachtungen der Emissionen von CO und atomaren Kohlenstoff von fernen Galaxien zu testen. Diese verdeutlichten die Dominanz dieses Hintergrunds im fernen Universum.