The hierarchy of structure in the early Universe and its role in the formation, growth and suppression of galaxies as traced with KMOS
Final Report Abstract
Die aktivste Phase der kosmischen Sternenentstehung lag vor 7-10 Milliarden Jahren. Galaxien bildeten aus dem aus ihrer Umgebung zugeführten Gas extrem schnell Sterne, folgten dabei aber stets nun gut untersuchten Korrelationen zwischen ihrer Größe und stellaren Masse. Auf Grund der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes ist jeder Blick in die Entfernung auch ein Blick in die kosmische Vergangenheit. Moderne Teleskope sind in der Lage, Signale von weit entfernten und daher leuchtschwachen Galaxien zu empfangen und räumlich aufzulösen. Die Messung von 3DHST und KMOS3D markieren eine neue Ära und liefern Rotverschiebungen (Entfernungen) für fast alle Objekte in bisher gut untersuchten Himmelsregionen (3DHST) und weitaus detaillierte Kartierungen der Emissionslinie Hα (aus der Sternbildung) in hunderten von Galaxien (KMOS3D). Als Teil des KMOS3D-Teams haben wir untersucht, wie Galaxien in Folge von Sternenentstehung wachsen. Wir finden dabei, dass sternenbildende Gasscheiben in Galaxien durchschnittlich 26% größer sind als die stellaren Abmessungen. Von dieser Relation weichen Galaxien selbst innerhalb eines großen kosmischen Zeitfensters, eines breiten Spektrums an Sternenentstehungsraten und unterschiedlichen Massen nicht weit ab. Dies bedeutet, dass die Größe der Sternenscheiben durch den Drehimpuls des sich ansammelnden Gases und / oder durch Interaktion des ansammelnden Gases mit der vorhandenen Scheibe streng bestimmt wird. Dies bewirkt, dass Galaxien in Größe und Masse so wachsen, dass sie der oben genannten Beziehung zwischen diesen Parametern folgen. Allerdings entwickelt sich diese Beziehung mit der Zeit, so sind die Galaxien einer bestimmten Masse in späteren Epochen größer: Dies zu erklären erfordert die Untersuchung weiterer physikalischer Prozesse. In dieser Studie entwickeln wir auch eine probabilistische Methode, um die Masse der Halos aus dunkler Materie in denen jede Galaxie eingebettet ist zu kalibrieren. Ausserdem bestimmen wir, ob die Galaxie die jeweils zentrale und dominierende Galaxie eines Halos ist oder ob sie stattdessen auf einen anderen, massiveren Halo gefallen ist, den sie jetzt als Satellit umkreist, und in Folge nun von der kosmischen Gasakkumulation abgeschnitten ist. Basierend auf den 3DHST-Daten stellen wir fest, dass Galaxien, die zu Satelliten werden, über einen Zeitraum von 2-5 Milliarden Jahren Sterne mit einer signifikanten Rate bilden - unabhängig von der Masse des Halos. Das bedeutet, dass Satellitengalaxien ein überraschend großes Gasreservoir haben müssen, das für die Sternenentstehung zur Verfügung steht. Unsere beiden Ergebnisse zeigen, dass die Evolution der Galaxien selbst zu ihrer aktivsten Zeit in der kosmischen Geschichte, lokal stark reguliert zu sein scheint. Wir veröffentlichen unsere kalibrierten Daten, Messungen und Software zur weiteren Nutzung durch die Gemeinschaft.
Publications
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2015, Astrophysical Journal, 799, 209, “The KMOS3D Survey: Design, First Results, and the Evolution of Galaxy Kinematics from 0.7 <= z <= 2.7”
Wisnioski, Förster Schreiber, Wuyts, Wuyts, Bandara, Wilman et al.
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2015, MNRAS, 446, 2582, “The definition of environment and its relation to the quenching of galaxies at z = 1-2 in a hierarchical Universe”
Fossati, Wilman, et al.
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2016, Astrophysical Journal, 826, 214, “The Angular Momentum Distribution and Baryon Content of Star-forming Galaxies at z~1-3”
Burkert, Förster Schreiber, ...., Wilman, et al.
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2017, Astrophysical Journal, 835, 37, “Galaxy Environment in the 3D-HST Fields: Witnessing the Onset of Satellite Quenching at z ∼ 1–2”
Fossati, Wilman, et al.
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2017, Astrophysical Journal, 840, 92, “Falling Outer Rotation Curves of Star-forming Galaxies at 0.6 z 2.6 Probed with KMOS3D and SINS/zC-SINF”
Lang, Förster Schreiber, .... Wilman, et al.
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2018, Astrophysical Journal, 855, 97, “The KMOS3D Survey: Rotating Compact Star-forming Galaxies and the Decomposition of Integrated Line Widths”
Wisnioski, Förster Schreiber, Mendel, Genzel, Wilman et al.
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2018, MNRAS, 480, 3812, “On the influence of environment on star-forming galaxies”
Xie, De Lucia, Wilman, Fossati, et al.
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2019, Astrophysical Journal, 875, 21, “The KMOS3D Survey: Demographics and Properties of Galactic Outflows at z = 0.6–2.7”
Förster Schreiber, Übler, ...., Wilman, et al.
