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The Orbital Structure of Galaxies and Dark Matter Halos in N-Body Simulations

Jesseit, Roland

German Title: Die Orbitale Struktur von Galaxien und Dunkle Materie Halos in Vielkörper-Rechnungen

PDF, German
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We examine in this work two different formation mechanism of galaxies in N-body simulations. Under the assumption that particles in a spherical dark matter halo move on circular orbits we can predict the amount of contraction of the dark matter halo during the slow formation of the disk with an adiabatic approximation. We find in N-body simulations that the adiabatic approximation is valid for all realistic mass ratios between dark matter halos and disk galaxies and that deviations from circular orbits cannot play a decisive role. In the second part we focus on the formation of ellipticals through mergers of disk galaxies. We classify the complex orbital structure in a sample of 150 collisions. The classification is correlated with shape parameters of an elliptical galaxy, such as its triaxiality or the ratios of its principal axes. We are deriving a global occupation probability for self-consistent triaxial galaxies which are in agreement with theoretical expectations. Furthermore we find that the isophotal structure of the merger remnants cannot be explained by one orbit class alone, but by a superposition of classes. The dichotomy of observed isophotal shape in boxy and disky elliptical galaxies, cannot be completely explained by the dominance of box-like, respectivley disk-like orbits in those galaxies. Current simulations cannot reproduce observed correlation between the h_3 parameter and the mean velocity. We identify a central box orbit component as the reason for this discrepancy, which are overproduce in dissipationless simulations. The z-tube component follows the correlation very well. It follows also the observed correlation between the h_3 parameter and v/sigma_0. We conclude that only one dynamical component is necessary to explain the observed correlations, which looks like a puffy disk with high velocity dispersion.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit werden zwei Entstehungmechanismen fuer Galaxien in N-Koerper Rechnungen untersucht. Unter der Annahme, dass die Teilchen in einem sphaerischen dunkle Materie Halo sich auf Kreisbahnen bewegen, macht die adiabatische Naeherung genaue Voraussagen ueber das Mass der Kontraktion des Halos waehrend der langsamen Scheibenbildung. Wir finden in N-Koerper Rechnungen, dass die adiabatische Naeherung fuer alle realistischen Massenverhaeltnisse zwischen Scheibe und Halo gilt, und Abweichungen von Kreisbahnen keine groessere Rolle spielen. Im zweiten Teil beschaeftigen wir uns mit der Entstehung von elliptischen Galaxien durch Verschmelzung von Scheibengalaxien. In einem Sample von 150 solcher Kollisionen klassifizieren wir die komplexe orbitale Struktur des Endergebnisses jeder Kollisionsrechnung. Die Klassifikation wird mit der Triaxialitaet und der Laenge der Haupttraegheitsachsen verknuepft, mit denen die Gestalt einer elliptischen Galaxie parametrisiert wird. Wir leiten daraus eine globale Besetzungswahrscheinlichkeit fuer selbstkonsistente triaxiale Galaxien ab, die mit theoretischen Erwartungen uebereinstimmt. Weiterhin finden wir, dass die Isophotenstruktur in den N-Koerperrechnungen nicht von einer Orbitgattung, sondern von einer ueberlagerung verschiedener Gattungen herruehrt. Die Dichotomie zwischen elliptischen Galaxien mit boxfoermigen und scheibenfoermigen Isophoten kann deswegen nicht vollstaendig auf eine Dominanz von box- bzw. scheibenfoermigen Orbits zurueckgefuehrt werden. Bisherige Simulationen koennen nicht beobachtete Korrelationen zwischen dem h_3 Parameter und der mittleren Geschwindigkeit reproduzieren. Als Ursache dieser Diskrepanz werden die box Orbits identifiziert, die in dissipationslosen Simulationen ueberproduziert werden. Z-tube Orbits erfuellen diese Korrelation jedoch sehr gut. Ebenso zeigt diese Komponente dieselbe Korrelation zwischen dem h_3 Parameter und v/sigma_0, wie beobachtete elliptische Galaxien. Wir schliessen daraus, dass nur eine dynamische Komponente, naemlich eine sehr dicke Scheibe mit hoher Geschwindigkeitsdispersion ausreicht, um beobachtete Korrelationen zu erklaeren.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Dr. Andreas Burkert, Prof.
Date of thesis defense: 21 January 2004
Date Deposited: 30 Jan 2004 09:37
Date: 2004
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Astronomie, Dunkle Materie, Vielkörperproblem, Vielkörpersystem, Doppelgalaxie, Umlaufbahn
Uncontrolled Keywords: Orbittheorie , Stellardynamikstellar dynamics , orbit theory
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