German Title: Sterne in ihrer Entstehung: Untersuchung der Sternentstehung und ihrer Effekte in simulierten Galaxien

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PDF, English - main document Download (121MB) | Lizenz: Stars in the Making: Probing Star Formation and its Effects in Simulated Galaxies by Göller, Junia Aletta Beatrix underlies the terms of Creative Commons Attribution - ShareAlike 4.0

Abstract

Up to today, the formation of stars in the broader galactic context remains poorly understood. The role of the external forces – such as ram-pressure stripping – and internal properties of galaxies – including the gravitational potential and largescale gas dynamics – are a topic of active debate. In this thesis, we study star formation across two contrasting galactic environments: jellyfish galaxies and the Milky Way. These example systems allow us to investigate both the extragalactic and intragalactic mechanisms affecting star formation. In the first part of this thesis we use the magnetohydrodynamical cosmological simulation TNG50 to probe a sample of jellyfish galaxies for their star formation, asking if gas compression from ram-pressure increases the star formation rate (SFR) in such galaxies, as some observations suggest. We find no such enhancement in the general population, but instead for the majority of jellyfish see a phase of enhanced SFR in their individual evolution. In the second part we introduce the Rhea simulation suite, a set of elaborate hydrodynamical simulations conducted by us to model the Milky Way galaxy. We study the importance of the galactic gravitational potential for star formation, and find the bar to have the strongest influence, as it changes the location and properties of star-forming regions. A spiral arm potential merely reorganizes gas in the galaxy and thus increases SFR in its potential wells. We also find the extend of the star-forming disk to divide the galactic stellar disk into a region dominated by in-situ formed stars, and an outer migrator-dominated region. This duality, in our simulations, affects the stellar density distribution and thus the stellar galactic rotation curve. If no distinction is made between the two regions, the resulting velocity curve can mimic a cut-off in the galactic mass distribution.

Translation of abstract (German)

Die Entstehung von Sternen ist im galaktischen Kontext bis heute nur unzureichend verstanden. So wird über die Rolle von externen Kräften - wie etwa der Staudruckablösung - und der der Galaxie eigenen Eigenschaften - wie ihr Gravitationspotenzial und großskalige Gasdynamik - noch immer debattiert. In dieser Arbeit untersuchen wir Sternentstehung in zwei sehr unterschiedlichen galaktischen Umgebungen: simulierten Quallengalaxien und der Milchstraße. Diese Beispielsysteme erlauben es uns sowohl die extragalaktischen als auch die intragalaktischen Prozesse zu studieren, die Sternentstehung beeinflussen. Im ersten Teil dieser Arbeit nutzen wir die magnetohydrodynamische Simulation TNG50 um Quallengalaxien auf ihre Sternentstehung hin zu untersuchen. Die Frage ist, ob die Gasverdichtung durch Staudruck die Sternentstehungsrate (SER) in diesen Galaxien erhöht, wie manche Beobachtungen indizieren. Wir finden in der allgemeinen Population keine solch erhöhte Sternentstehung, die Entwicklung der einzelnen Galaxien beinhaltet jedoch bei den meisten von ihnen eine Phase erhöhter SER. Im zweiten Teil führen wir die Rhea Simulationen ein, ein Set von aufwendigen hydrodynamischen Simulationen, die wir durchgeführt haben um die Milchstraße zu modellieren. Hier untersuchen wir die Wichtigkeit des galaktischen Gravitationspotenzials für die Sternentstehung. Das Balkenpotenzial hat den größten Einfluss, da es den Ort und die Eigenschaften von Sternentstehungsgebieten verändert. Das Potenzial von Spiralarmen sorgt lediglich für eine Umverteilung von Gas und erhöht dadurch die SER in seinen Gravitationssenken. Wir sehen außerdem, dass die Ausdehnung der sternenbildenden Scheibe die stellare Scheibe in zwei Bereiche unterteilt, einen dominiert durch in-situ geformte Sterne, und einen der von migrierenden Sternen dominiert wird. In unseren Simulationen beeinflusst diese Dualität die stellare Dichteverteilung und dadurch die stellare Rotationskurve. Wird kein Unterschied zwischen den zwei Regionen gemacht, ahmt die resultierende Rotationskurve den Effekt eines Abbruchs der galaktischen Massenverteilung nach.