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Stellar Phase-Space Structure and Dynamics in the Solar Neighborhood

Klement, Rainer Johannes

German Title: Phasenraum-Struktur und Dynamik der Sterne in der näheren Sonnenumgebung

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Abstract

Diese Doktorarbeit behandelt die Suche und Analyse von Feinstruktur in der Phasenraumverteilung der Sterne, welche sich innerhalb von 1-2 kpc um die Sonne befinden. Diese Feinstruktur, hervorgerufen durch Sternenströme, ist ein wichtiges diagnostisches Werkzeug auf den Gebieten der Stellardynamik und der hierarchischen Entstehung der Milchstraße. Sternenströme bleiben im Raum der Bewegungsintegrale als koherente Strukturen erkennbar, während sie im Phasenraum möglicherweise schon vermischt sind. Wir entwickeln neue Suchmethoden im Phasen- und [Fe/H]-Raum, um „effektive“ Bewegungsintegrale herzuleiten, welche sich sehr gut für einen Vergleich mit den Beobachtungsgrößen eignen. Wir erproben unsere Methode an zwei neuen Datensätzen, die Radialgeschwindigkeiten und Eigenbewegungen beinhalten: der ersten Datenveröffentlichung von RAVE sowie einem Sample metallarmer ([Fe/H]< −0.5) Sterne aus der siebten Datenveröffentlichung von SDSS, welche auch [Fe/H]-Bestimmungen enthält. Um Eigenbewegungen in Geschwindigkeiten umzurechnen, leiten wir Entfernungen zu allen Sternen aus zwei verschiedenen photometrischen Parallaxen-Beziehungen ab, einer für die RAVE Sterne, die wir an Hipparcos Sternen geeicht haben, und einer, die von Ivezic et al. (2008) für SDSS Sterne hergeleitet wurde. Für letztere erhalten wir durch Vergleich zu Sternhaufen- Hauptreihen aus der Literatur einen systematischen Entfernungsfehler < 5%. Basierend auf diesen 6D Daten identifizieren wir signifikante „Überdichten“ im Phasenraum, welche Sternen auf ähnlichen Orbits entsprechen und von denen ein Teil schon bekannt ist, aber mindestens fünf hier zum ersten mal beschrieben werden. Diese kinematischen Entdeckungen werden durch die Analyse ihres Clusterings im [Fe/H]-Raum untermauert. Diese Arbeit fasst außerdem eine vorbereitende Studie zusammen, welche im Kontext von GAIA das lokale Gravitationspotential im kpc-Bereich bestimmen soll.

Translation of abstract (English)

This PhD thesis describes the search for, and analysis of, substructure in the phase-space distribution of stars within 1-2 kpc of the Sun. Such substructure, caused by stellar streams, is an important diagnostic of stellar dynamics and hierarchical formation of the Galaxy. While possibly phase-mixed, stellar streams remain detectable as coherent features in the space of integrals of motion. We develop new search techniques in phase- and [Fe/H]-space to derive "effective" integrals of motion that are most suitable for a comparison with the observables. We apply our method to two new data sets which contain radial velocity- and proper motion estimates: the first RAVE public data release and a sample of metal-poor ([Fe/H]< −0.5) stars from the seventh SDSS data release, where [Fe/H]- estimates exist. To convert proper motions to velocities, we obtain distances to all stars from two different photometric parallax relations, one calibrated on Hipparcos stars for RAVE stars and one derived by Ivezic et al. (2008) for SDSS stars. From comparisons of the latter to cluster fiducial sequences from the literature we obtain a systematic relative distance error of < 5%. Based on these 6D data, we identify significant “phase-space overdensities” of stars on similar orbits, of which some are already known, but at least five are described here for the first time. These kinematical detections are corroborated by analyzing their clustering in [Fe/H]-space. This thesis also outlines a preperatory study in the context of GAIA to measure the local gravitational potential on kpc scale.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Rix, Prof. Dr. Hans-Walter
Date of thesis defense: 29 October 2008
Date Deposited: 09 Jan 2009 13:34
Date: 2008
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Stellardynamik, Milchstraßensystem
Uncontrolled Keywords: Galaxy: kinematics and dynamics , Galaxy: Solar neighborhood
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