Evolution of Galaxies in Clusters

In dieser Doktorarbeit studiere ich die Entstehung und Entwicklung
von Galaxien in Galaxienhaufen sowohl theoretisch als auch unter
Einbeziehung von Beobachtungsdaten. Diese Doktorarbeit gliedert
sich in zwei Teile: Einem theoretischen Teil schliesst sich eine
Datenanalyse an. Im ersten Kapitel beschreibe ich warum
Galaxienhaufen wichtig sind, erklaere die Motivation und
Zielsetzung der in dieser Arbeit verwendeten Analyse und erlaeutere
den dafuer noetigen theoretischen Hintergrund als auch den
Hintergrund fuer die Beobachtungen. Zuerst untersuche ich die
Vorhersagen des hierarchischen `Modells der kalten dunklen Materie'
fuer die beobachteten Eigenschaften der Population von Galaxien in
Galaxienhaufen und fuer ihre Entwicklung als Funktion der
kosmischen Rotverschiebung. Ich verwende eine grosse Anzahl von
hochaufgeloesten numerischen Simulationen von Galaxienhaufen
zusammen mit einer hochaufgeloesten Simulation einer `typischen'
Region des Universums. Die grosse Aufloesung der verwendeten
Simulationen ermoeglicht es mir, die Entwicklung der Zentren der
dunklen Materiehalos zu verfolgen, welche mit groesseren Strukturen
zusammenwachsen. Dies erlaubt eine eindeutige Identifizierung
leuchtender Galaxien in den Haufen und Substrukturen der dunklen
Materie. Diese Analyse ist Bestandteil des zweiten Kapitels. Um
eine enge Verbindung zwischen den theoretische Vorhersagen und den
Beobachtungen zu ziehen, entwickle ich ein semi-analytisches
Programm, welches selbstkonsistent die photometrische und chemische
Entwicklung der Galaxien in den Haufen, als auch die chemische
Geschichte des Gases innerhalb der Haufen und innerhalb der
Galaxien verfolgt. Dabei modelliere ich den Transport von Masse und
Metallen zwischen den Sternen, das kalte Gas in Galaxien, das
heisse Gas in dunklen Materiehalos, und das intergalaktische Gas
ausserhalb der virialisierten Halos. Ausserdem modelliere ich die
Effekte von Staub auf die emittierte Strahlung von Galaxien. Das
dritte Kapitel beschreibt das semi-analytische Modell im Detail und
zeigt einen Vergleich mit einer Anzahl von Beobachtungsergebnissen
fuer Galaxien aus nahen Haufen. Im folgenden verwende ich dieses
Modell, um die Anreicherung des intergalaktischen Mediums und des
Gases innerhalb der Galaxienhaufen mit den chemischen Elementen als
Funktion der Zeit zu studieren. Dabei untersuche ich, zu welchem
Zeitpunkt der Grossteil der Anreicherung stattfand und welche
Galaxien den groessten Beitrag lieferten. Im weiteren Verlauf
analysiere ich die beobachtbaren Merkmale verschiedener Modelle von
Rueckkopplungsmechanismen. Dabei zeige ich, dass die beobachtete
Abnahme des baryonischen Massenanteils von Galaxienhaufen zu
Gruppen nur in einem `extremen' Modell reproduziert werden kann, in
welchem das wiederausgestossene Material auf einer Zeitskala
wiederaufgenommen wird, die vergleichbar mit der Hubblezeit ist.
Die Resultate dieser Untersuchungen werden in Kapitel 4
praesentiert. Der zweite Teil meiner Doktorarbeit handelt von der
Interpretation von Daten des `ESO Distant Cluster Surveys'
(EDisCS). Dieses `ESO Large Program' hat das Ziel, die Entwicklung
der Galaxien in Galaxienhaufen ueber mehr als 50 Prozent der
kosmischen Zeit zu studieren. Es verbindet die photometrische und
spektroskopische Information einer grossen Auswahl von
Galaxienhaufen bei Rotverschiebungen um 0.5 und 0.8. Ich fuehre
eine detaillierte dynamische und strukturelle Analyse einer
Untermenge der EDisCS Galaxienhaufen durch, fuer welche
vollstaendige photometrische und spektroskopische Daten vorhanden
sind. Im besonderen entwickle ich eine Methode, um Substruktur zu
quantifizieren, welche der projizierten raeumlichen Verteilung als
auch der Geschwindigkeitsverteilung Rechnung traegt. Die Ergebnisse
werden dann detailiert mit Resultaten der numerischen Simulation
verglichen. Im Kapitel 5 diskutiere ich, wie die Erweiterung der
Methode auf den gesamten EDisCS Datensatz wichtige Einschraenkungen
auf die relative Bedeutung der verschiedenen physikalischen
Prozesse liefern wird, die Galaxienentwicklung in dichten
Umgebungen beeinflussen. Zum Schluss analysiere ich die
Farb-Helligkeits-Beziehung einer Untermenge der EDisCS
Galaxienhaufen bei grossen Rotverschiebungen. Dabei vergleiche ich
die erhaltenen Resultate der hochrotverschobenen Galaxienhaufen mit
denjenigen des nahen Coma Galaxienhaufens und zeige, dass die
hochrotverschobenen Galaxienhaufen ein Defizit an leuchtschwachen
Galaxien der roten Sequenz im Vergleich zu denjenigen bei kleiner
Rotverschiebung aufweisen. Dies deutet an, dass ein grosser
Bruchteil der leuchtschwachen passiven Galaxien in Galaxienhaufen
zum gegenwaertigen Zeitpunkt bei grossen Rotverschiebungen aktive
Sternentstehung aufgewiesen haben koennten. Diese Aussage stimmt
qualitativ mit den Vorhersagen des hierarchischen Modells ueberein.
Diese Analyse wird in Kapitel 6 praesentiert.