Galaxy Evolution in the Fors Deep Field

In dieser Dissertation wird die Entwicklung von Galaxien innerhalb
eines sehr großen Zeitraums (90% des Alters des Universums) anhand
sehr tief belichteter Aufnahmen des sogenannten FORS Deep Field
(FDF) untersucht. Homogenität und Größe des Datensatzes erlauben
eine gründliche Analyse der Galaxienentwicklung, ohne großen
systematischen Effekten zu unterliegen. Nachdem in Kapitel 1 ein
Überblick der Kosmologie sowie der Strukturbildung und der bis dato
beobachteten Entwicklungen von Galaxien gegeben wurde, werden in
Kapitel 2 die Eigenschaften des FDFs diskutiert. Dabei wird der
Objekt-Katalog, der über 8000 Galaxien und photometrische
Informationen in 9 Filtern enthält, vorgestellt. In Kapitel 3
werden mögliche Auswahleffekte aufgrund des im I-Band (8000
Angström) selektierten Kataloges diskutiert und die Güte der
Entfernungsbestimmung, welche auf photometrischen Rotverschiebungen
basiert, beschrieben. Basierend auf diesen photometrischen
Rotverschiebungen wird in Kapitel 3 und Kapitel 4 die Entwicklung
der Anzahldichte von Galaxien pro Magnitude und Volumen, also der
Leuchtkraftfunktion (LF), in Abhängigkeit der Rotverschiebung
analysiert. Die LF der Galaxien entwickelt sich im UV viel stärker
als im sichtbaren bzw. nah-infraroten Licht. Ein Vergleich mit der
lokalen LF ergibt, daß die Galaxienpopulation im frühen Universum
im Mittel im UV viel heller (Faktor 10), die Gesamtanzahl dagegen
wesentlich niedriger (Faktor 10) gewesen ist. Im optischen bleibt
dieser Trend nachweisbar. Ein Vergleich mit LF-Ergebnissen von
anderen Himmelsdurchmusterungen zeigt eine sehr gute
Übereinstimmung mit deren Ergebnissen. Aufgrund der tiefen
Belichtung des FDFs ist es zudem möglich, auch noch sehr schwache
Galaxien in die Analyse mit einzubeziehen und dadurch die Steigung
der Leuchtkraftfunktion, d.h. das Verhältnis von schwachen zu
hellen Galaxien, deutlich besser zu bestimmen. Ein Vergleich mit
Vorhersagen theoretischer Galaxienentwicklungs-Modelle zeigt eine
gute Übereinstimmung bei kleiner Rotverschiebung. Mit zunehmender
Entfernung nehmen jedoch die Unterschiede zu. Um die Beiträge von
einzelnen Galaxienpopulationen zur LF zu untersuchen, wird der
Objekt-Katalog in Kapitel 5 in vier typische Populationen
aufgeteilt: von frühen Typen mit praktisch keiner Sternentstehung
bis hin zu Typen mit extremer Sternbildung. Die jeweilige LF wird
in den verschiedenen Rotverschiebungsbereichen mit der Gesamt-LF
verglichen. Der unterschiedliche Beitrag dieser Subpopulationen zur
Gesamt-LF in den verschiedenen Filtern und bei verschiedenen
Rotverschiebungen erklärt auf natürliche Weise die Änderung der
Steigung der LF als Funktion der Wellenlänge. In Kapitel 6 wird die
Entwicklung der Sternentstehungsrate, d.h. wieviel stellare Masse
pro Jahr und Volumen bei welcher Rotverschiebung gebildet wird,
untersucht. Dazu wird jeweils ein FDF B, I, (I+B) und GOODS (Great
Observatories Origins Deep Survey) K selektierter Galaxien-Katalog
analysiert. Es wird gezeigt, daß die Sternentstehungsrate bis ca.
z=1.5 ansteigt, um dann bis ca. z=4 konstant zu bleiben. Bei noch
höherer Rotverschiebung scheint sie wieder abzunehmen. Dieser Trend
ist weitgehend unabhängig vom Selektionsband. Aus der
Sternentstehungsrate wird in Kapitel 7 die Entwicklung der
stellaren Massendichte als Funktion der Rotverschiebung berechnet.
Unter der Annahme, daß die mittlere Staubkorrektur im UV weitgehend
unabhängig von der Rotverschiebung ist, steigt die stellare Masse
zw. z=4 und z=0.5 um einen Faktor 10 an. Ein Vergleich mit der
Massendichte in der Literatur ermöglicht es uns außerdem eine
mittlere Staubkorrektur von 2.5 plusminus 0.2 für den UV-Fluß
abzuleiten. In Kapitel 8 werden die Ergebnisse nochmals
zusammengefasst. Ein Vergleich mit Vorhersagen theoretischer
Galaxienentwicklungs-Modelle basierend auf monolithischen Kollaps
und hierarchischer Struckturbildung zeigt zudem, daß letztere meist
besser mit integralen Beobachtungsgrößen wie der Leuchtkraftdichte
übereinstimmen. Es gibt jedoch bei allen Modellen Probleme bei
manchen detaillierten Vorhersagen wie zum Beispiel bei der
Entwicklung der LF.