German Title: Verständnis der Milchstraße Halo durch große Erhebungen

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Abstract

This thesis presents an extensive study of stellar substructure in the outskirts of the Milky Way(MW), combining data mining of SDSS with theoretical modeling. Such substructure, either bound star clusters and satellite galaxies, or tidally disrupted objects forming stellar streams are powerful diagnostics of the Milky Way's dynamics and formation history. I have developed an algorithmic technique of searching for stellar overdensities in the MW halo, based on SDSS catalogs. This led to the discovery of unusual ultra-faint $sim (1000 L_odot$) globular clusters with very compact sizes and relaxation times $ll t_{Hubble}$. The detailed analysis of a known stellar stream (GD-1), allowed me to make the first 6-D phase space map for such an object along 60 degrees on the sky. By modeling the stream's orbit I could place strong constraints on the Galactic potential, e.g $V_{circ}(R_0)=224pm 13$~km/s. The application of the algorithmic search for stellar overdensities to the SDSS dataset and to mock datasets allowed me to quantify SDSS's severe radial incompleteness in its search for ultra-faint dwarf galaxies and to determine the luminosity function of MW satellites down to luminosities of $M_Vapprox-3$. I used the semi-analytical model in order to compare the CDM model predictions for the MW satellite population with the observations; this comparison has shown that the recently increased census of MW satellites, better understanding of the radial incompleteness and the suppression of star formation after the reionization can fully solve the Missing satellite problem''.

Translation of abstract (German)

Diese Doktorarbeit beschreibt Untersuchungen der stellaren Feinstruktur in den Randgebieten der Milchstraße (MS), wobei die Analyse von SDSS Daten mit theoretischen Modellen verbunden wurde. Solche Feinstruktur, welche entweder aus gebundenen Sternhaufen und Satellitengalaxien oder aus durch Gezeitenkräfte zerrissenen Objekten in Form von Sternenströmen besteht, liefert wertvolle Aufschlüsseüber die Dynamik und Entstehungsgeschichte der MS. Basierend auf SDSS-Katalogen habe ich eine Methode entwickelt, um nach stellaren Überdichten im Halo der MS zu suchen. Dies führte zu der Entdeckung der kleinsten und sternärmsten ($sim 1000 L_odot$) Kugelsternhaufen, mit Relaxationszeiten $ll t_{Hubble}$. Durch die detaillierte Analyse von SDSS-Daten eines bekannten Sternenstroms (GD-1) war ich imstande, dessen 6-D Phasenraumstruktur über 60 Grad am Himmel zu kartieren. Durch Modellierung des Orbits dieses Stroms konnte ich das galaktische Potential stark eingrenzen, u.a. $V_{circ}(R_0)=224pm 13$~ km/s. Die Anwendung der algorithmischen Suche nach stellaren Überdichten auf den SDSS-Datensatz sowie auf Pseudodatensätze erlaubte es mir, die gravierende radiale Unvollständigkeit bei der erfolgreichen Suche nach ultraschwachen Zwerggalaxien zu verstehen und dadurch die Leuchtkraftfunktion von Satellitengalaxien der MS bis zu Leuchtkräften von $M_Vapprox-3$ zu bestimmen. Um die Vorhersagen des CDM-Modells für die Satellitenpopulation der Milchstraße mit Beobachtungen zu vergleichen, verwendete ich ein semi-analytisches Modell. Dieser Vergleich hat gezeigt, dass die derzeitig wachsende Zahl von Satellitengalaxien der MS, ein besseres Verständnis der radialen Unvollständigkeit sowie die Unterdrückung der Sternentstehung nach der Reionisation das missing satellite problem'' vollständig zu lösen imstande sind.