Dark matter halo properties from galaxy-galaxy lensing

Die Forschungsergebnisse der letzten Jahre haben gezeigt, dass das
Universum bei weitem nicht nur aus baryonischer Materie besteht.
Tatsächlich scheinen 72% aus sogenannter Dunkler Energie zu
bestehen, während selbst vom verbleibenden Teil nur etwa ein
Fünftel baryonischer Materie zugeordnet werden kann. Der Rest
besteht aus Dunkler Materie, deren Beschaffenheit bis heute nicht
mit Sicherheit geklärt ist. Ursprünglich in den Rotationskurven von
Spiralgalaxien beobachtet, wurde die Notwendigkeit ihrer Existenz
inzwischen auch in elliptischen Galaxien und Galaxienhaufen
nachgewiesen. Tatsächlich scheint Dunkle Materie eine entscheidende
Rolle in der Strukturbildung im Universum gespielt zu haben. In der
Frühzeit des Universums, als die Materieverteilung im Weltraum noch
äußerst gleichmäßig war und nur sehr geringe Inhomogenitäten
aufwies, bildeten sie die Kondensationskeime für den gravitativen
Kollaps der Materie. Numerische Simulationen haben gezeigt, dass
der heute beobachtbare Entwicklungszustand des Universums erst
durch die zusätzliche Masse Dunkler Materie ermöglicht wurde, die
den strukturellen Kollaps erheblich beschleunigte und nur dadurch
zur heute beobachtbaren Komplexität der Strukturen führen konnte.
Da Dunkle Materie nicht elektromagnetisch wechselwirkt, sondern
sich nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar macht, stellt der
Gravitationslinseneffekt eine ausgezeichnete Methode dar, die
Existenz und Menge an Dunkler Materie nachzuweisen. Der schwache
Gravitationslinseneffekt macht sich zu Nutzen, dass die
intrinsischen Orientierungen der Galaxien im Weltraum keine
Vorzugsrichtung haben, gleichbedeutend mit ihrer statistischen
Gleichverteilung. Die gravitationsbedingte kohärente Verzerrung der
Hintergrundobjekte führt zu einer Abweichung von dieser
Gleichverteilung, die von den Eigenschaften der Gravitationslinsen
abhängt und daher zu deren Analyse genutzt werden kann. Diese
Dissertation beschreibt die Galaxy-Galaxy-Lensing-Analyse von
insgesamt 89 deg^2 optischer Daten, die im Rahmen des
CFHTLS-WIDE-Surveys beobachtet wurden und aus denen im Rahmen
dieser Arbeit photometrische Rotverschiebungs- und
Elliptizitätskataloge erzeugt wurden. Das Galaxiensample besteht
aus insgesamt 5×10^6 Linsen mit Rotverschiebungen von 0.05 <
z_phot ≤ 1 und einem zugehörigen Hintergrund von insgesamt 1.7×10^6
Quellen mit erfolgreich gemessenen Elliptizitäten in einem
Rotverschiebungsintervall von 0.05 < z_phot ≤ 2. Unter Annahme
analytischer Galaxienhaloprofile wurden für die Galaxien die Masse,
das Masse-zu-Leuchtkraft-Verhältnis und die entsprechenden
Halomodellprofilparameter sowie ihre Skalenrelationen bezüglich der
absoluten Leuchtkraft untersucht. Dies geschah sowohl für das
gesamte Linsensample als auch für Linsensamples in Abhängigkeit des
SED-Typs und der Umgebungsdichte. Die ermittelten Skalenrelationen
wurden genutzt, um die durchschnittlichen Werte für die
Galaxienhaloparameter und eine mittlere Masse für die Galaxien in
Abhängigkeit ihres SED-Typs zu bestimmen. Es ergibt sich eine
Gesamtmasse von M_total = 23.2+2.8−2.5×10^11 h^{−1} M_⊙ für eine
durchschnittliche Galaxie mit einer Referenzleuchtkraft von L∗ =
1.6×10^10 h^{−2} L_⊙. Die Gesamtmasse roter Galaxien bei gleicher
Leuchtkraft überschreitet diejenige des entsprechenden gemischten
Samples um ca. 130%, während die mittlere Masse einer blauen
Galaxie ca. 65% unterhalb des Durchschnitts liegt. Die Gesamtmasse
der Galaxien steigt stark mit der Umgebungsdichte an, betrachtet
man die Geschwindigkeitsdispersion ist dies jedoch nicht der Fall.
Dies bedeutet, dass die zentrale Galaxienmateriedichte kaum von der
Umgebung sondern fast nur von der Leuchtkraft abhängt. Die
Belastbarkeit der Ergebnisse wurde von zu diesem Zweck erzeugten
Simulationen bestätigt. Es hat sich dabei gezeigt, dass der Effekt
mehrfacher gravitativer Ablenkung an verschiedenen Galaxien
angemessen berücksichtigt werden muss, um systematische
Abweichungen zu vermeiden.