Made-to-measure particle models of intermediate-luminosity elliptical galaxies

Dynamische Modelle sind wichtige Hilfsmittel, um aus projizierten
Beobachtungsdaten auf die Massenverteilung und die
Phasenraumstruktur von Galaxien zu schließen, und dabei ihre
Entstehungs- und Entwicklungsprozesse zu verstehen. Eine relativ
neue und vielversprechende Technik, dynamische Modelle zu
konstruieren, ist die “made-to-measure” Methode, bei der ein System
von Teilchen sukzessive einer beobachteten Lichtverteilung und
gemessenen projizierten stellaren Kinematik angeglichen wird. Da
die intrinsische, dreidimensionale Struktur der Modelle dann
bekannt ist, können sie verwendet werden, um die Massenverteilung
und Bahnstruktur der Galaxie zu verstehen. In dieser Arbeit
verwenden wir den “made-to-measure particle” Code NMAGIC, um die
spezielle Klasse der schwach im Röntgenbereich strahlenden
elliptischen Galaxien von mittlerer Leuchtkraft zu erforschen,
deren Geschwindigkeitsdispersionsprofile stark mit dem Radius
abfallen, was auf sehr diffuse dunkle Materie Halos hindeutet, die
möglicherweise in Konflikt zu Vorhersagen von
Galaxienentstehungsmodellen stehen. Im ersten Teil der Arbeit
führen wir eine “moving prior” Regularisierungsmethode in NMAGIC
ein, welche eine korrekte und von systematischen Fehlern freie
Rekonstruktion der dynamischen Struktur der beobachteten Galaxie
ermöglicht. Im sphärischen Fall, in welchem theoretisch eine
eindeutige Invertierung der Daten möglich ist, zeigen wir, dass
NMAGIC mit der neuen Regularisierungsmethode die
Verteilungsfunktion und intrinsische Kinematik einer Zielgalaxie
(mit idealen Daten) mit hoher Genauigkeit reproduziert, unabhängig
von der ursprünglich als Startmodell gewählten Teilchenverteilung.
Weiterhin untersuchen wir, wie sich unvollständige und verrauschte
kinematische Daten auswirken, und kommen zu dem Schluss, dass die
Zuverläßigkeit der Modelle auf Gebiete mit guten Beobachtungsdaten
beschränkt ist. Schließlich werden mit einer Version der
moving-prior Regularisierung für axialsymmetrische Systeme die am
besten passenden NMAGIC Modelle der zwei elliptischen, mittelstark
leuchtenden Galaxien NGC 4697 und NGC 3379 aus früheren Arbeiten
rekonstruiert, um einen glatteren Fit an die Beobachtungsdaten zu
erhalten. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir die
rätselhafte elliptische Galaxie NGC 4494 mittlerer Leuchtkraft. Wir
konstruieren axialsymmetrische NMAGIC Modelle mit unterschiedlichen
dunkle Materie Halos und Inklinationen, um etwas über ihre
Massenverteilung und Bahnstruktur zu erfahren. Die Modelle werden
eingegrenzt durch Radialgeschwindigkeiten von planetarischen Nebeln
und kinematischen Absorptionsliniendaten in “slitlets”, was uns
ermöglicht, zu erforschen, bei welchen Radien die dunkle Materie
anfängt zu dominieren bzw. Spuren des Entstehungsmechanismus
sichtbar werden. Mit geeigneten Monte-Carlo-Simulationen bestimmen
wir mit NMAGIC die ��Werte verschiedener Konfidenzniveaus für die
Schätzung der Parameter der dunklen Halos und finden andere Werte,
als in der Literatur über dynamische Modellierung normalerweise
verwendet. Unsere best-fit NMAGIC Modelle für NGC 4494 innerhalb
dieser Konfidenzniveaus schließen einen diffusen dunklen Halo aus;
sie haben einen Anteil dunkler Materie von ungefähr 0, 6±0, 1 bei 5
Effektivradien und eine näherungsweise flache (konstante) totale
Kreisgeschwindigkeit von � 220 km/s außerhalb des Effektivradius.
Die Anisotropie der Sternbahnen ist mässig radial. Diese Ergebnisse
sind unabhängig von der angenommenen Inklination der Galaxie, aber
edge-on Modelle werden bevorzugt. Schließlich vergleichen wir die
dunklen und stellaren Halos von den bisher modellierten
elliptischen Galaxien mittlerer Leuchtkraft und folgern, dass ihre
Kreisgeschwindigkeiten ähnlich sind. Die genaue Wechselwirkung
zwischen dunkler und leuchtender Materie war während der Entstehung
jeder Galaxie wahrscheinlich unterschiedlich – und NGC 4494 zeigt
einen besonders hohen Anteil an dunkler Materie, speziell im
Zentrum, was vielleicht das Ergebniss vergangener
Verschmelzungsereignisse sein könnte.