German Title: Galaxy-Dark Matter Anschluss : Kinematik von Satellitengalaxien

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Abstract

A thorough knowledge of the connection between the mass of dark matter haloes and the properties of their central galaxies is crucial to understand the physics of galaxy formation. The kinematics of satellite galaxies is an excellent technique to measure the dark matter halo masses. However, the kinematics can be measured with high signal-to-noise only by stacking the signal around central galaxies with similar properties, which results in various systematic biases and complicates the interpretation of the signal. This thesis presents an analytical framework that accounts for systematic biases and selection effects and aids in the interpretation of the kinematics of satellite galaxies. A new method is established to obtain the average scaling relations between halo mass and central galaxy properties, and the scatter in these relations simultaneously. After a thorough testing of this method using a realistic mock galaxy catalogue, it is applied to the Sloan Digital Sky Survey to extract the halo mass-luminosity and halo mass-stellar mass relationship of central galaxies and their scatter. Comparisons with other probes of these scaling relations, such as galaxy-galaxy lensing, show good agreement which implies that these scaling relations are well established and supported by various astrophysical probes. Physical insights about these scaling relations, in particular their scatter, gained by the analysis of a semi-analytical model for galaxy formation are also presented. Finally, the inferred scaling relations crucially depend on the transparency of the Universe. By performing a test of the “Etherington relation” between the distances measured by standard rulers and by standard candles, a quantitative measure of the cosmic transparency, which is relatively free from astrophysical assumptions, is obtained.

Translation of abstract (English)

Um die physikalischen Mechanismen der Galaxienentwicklung zu verstehen, muessen die Zusammenhaenge zwischen der Masse eines Dunkle-Materie-Halos und den Eigenschaften seiner Zentralgalaxie bekannt sein. Die Bestimmung der Kinematik von Satellitengalaxien ist eine etablierte Methode zur Messung von Halomassen. Allerdings sind kinematische Messungen mit hoher Signifikanz nur dadurch moeglich, dass die Signale ueber viele Zentralgalaxien mit aehnlichen Eigenschaften gemittelt werden. Dies hat systematische Fehler zur Folge und erschwert die Interpretation kinematischer Beobachtungen. In dieser Dissertation wird ein analytisches Modell vorgestellt, mit dessen Hilfe systematische Verzerrungen und Auswahleffekte korrigiert werden koennen, was die Auswertung kinematischer Daten von Satellitengalaxien erleichtert. Hieraus folgt ein Verfahren zur Bestimmung der Skalierungsvorschrift zwischen Halo-masse und Eigenschaften der Zentralgalaxie, die gleichzeitig die Streuung uber diese Relation vorhersagt. Diese Gueltigkeit dieses Verfahrens wird anhand eines kuenstlichen Galaxienkatalogs mit bekannten, aber realistischen Eigenschaften verifiziert. Aus der Anwendung auf die Beobachtungen der Sloan Digital Sky Survey werden die Skalierungsvorschriften zwischen Halomasse einerseits und Leuchtkraft sowie stellarer Masse andererseits fuer Zentralgalaxien mitsamt dazugehoeriger Streuung bestimmt. In Vergleichen zeigt sich eine gute ubereinstimmung mit anderen Messverfahren fuer diese Vorschriften, wie z.B. der Beobachtung von Gravitationslinseneffekten der Zentralgalaxien auf andere Galaxien. Dies bestaetigt die Zuverlaessigkeit der hier vorgestellten Skalierungen. Darueber hinaus ergeben sich aus der Analyse eines semi-empirischen Modells fuer Galaxienentstehung neue Erkenntnisse uber die physikalischen Ursachen der vorgestellten Skalierungen und insbesonderere ihrer Streuung. Schlielich haengen die aus unserem Modell erhaltenen Skalierungen entscheidend von der Transparenz des Universums ab. Vermittels einer uberpruefung des "Etherington'schen Gesetzes" fuer den Zusammenhang zwischen Entfernungen, die aus Standardlaengen beziehungsweise Standardkerzen bestimmt werden, wird die kosmische Transparenz in einer Weise bestimmt, die relativ unabhaengig von astrophysikalischen Annahmen ist.