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Schönrich, Ralph (2011): Structure, Kinematics and Chemistry of the Milky Way Galaxy. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Ein analytisches Modell unserer Galaxie wird durch die Kopplung eines chemischen Evolutionsmodells mit analytischen Modellen der Kinematik unserer Galaxie entwickelt. Mit Hilfe dieses Modells wird die umfangreiche radiale Migration von Sternen in der galaktischen Scheibe nachgewiesen. Diese hat umfassende Konsequenzen für die Struktur und Geschichte der Scheibe, einschließlich der Ausbildung einer dicken Scheibe, ohne eine Kollision mit einer kleineren Galaxie voraussetzen zu müssen. Durch die Möglichkeit, die lokal gemessene Metallizitätsverteilung mit Hilfe von Sternen aus anderen Regionen der Scheibe aufzubauen, entfällt die Notwendigkeit starker Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung unserer Galaxie in der jüngeren Vergangenheit. Im Gegenteil favorisiert das neue Modell einen nur sehr geringfügigen Anstieg der Metallizität, was in ausgezeichnetem Einklang mit den Beobachtungsdaten steht. Das Modell erklärt ferner auf natürliche Weise die bekannten Zusammenhänge zwischen Chemie und Kinematik in Sterndaten aus der Nachbarschaft unserer Sonne. Einige neue Befunde aus lokalen Beobachtungen werden gezeigt und mit den Modellerwartungen verglichen. Mit Hilfe des Modells wurde ein grundlegender Fehler in der Bestimmung des Ruhestandards, bzw. der Geschwindigkeit unser Sonne relativ zur idealen Kreisbahn in unserer Galaxie gefunden. Zusammen mit der später erfolgten Messung der Rotationsgeschwindigkeit der Sonne um das Zentrum der Milchstraße konnten wir den galaktozentrischen Radius und die Rotationsgeschwindigkeit der Milchstraße am galaktozentrischen Radius der Sonne neu bestimmen. Diese zweite Messung wurde durch eine neue statistische Methode ermöglicht, die eine höhere Genauigkeit bei der statistischen Korrektur von Sterndistanzen erlaubt als die Ansätze der klassischen statistischen Astronomie. Die neue Methode war auch von großem Nutzen beim Nachweis, dass die jüngsten Behauptungen einer dualen Struktur des galaktischen Halos auf Distanzfehler und die ungerechtfertigte Beschreibung intrinsisch asymmetrischer Daten durch Gaußfunktionen zurückzuführen sind. Aus dem mathematischen Apparat für die Kinematik des Scheibenmodells wird eine einfache analytische Funktion zur Beschreibung der Geschwindigkeitsverteilung in der Scheibe hergeleitet, die bei gleicher Zahl freier Parameter eine physikalisch besser motivierte Alternative zu den häufig genutzten Gaußfunktionen bietet.

Abstract

An analytic model of our Galaxy is developed by coupling a chemical evolution model with analytic models of the kinematics of our Milky Way. With this model the presence of strong stellar radial migration in the Galactic disc is proven. This bears far-reaching consequences for the structure and history of our disc including the formation of a thick disc component. Hence there is no more need for a collision of the Milky Way with a smaller galaxy in the past to explain the existence of the thick disc. By building the locally observed metallicity distribution function with the help of stars from other regions of the Galactic disc the model does not require strong changes of the chemical composition in the near past. On the contrary the new model favours a relatively flat age-metallicity relationship in excellent agreement wih observations. The model explains in a very natural way the known links between chemistry and kinematics of Solar neighbourhood stars. Some new results from local observations are shown and compared to the model expectations. With the help of the new model a systematic error was discovered in the classic determination of the Local Standard of Rest or respectively the velocity of the Sun relative to a circular orbit in the Galactic disc. Together with the later measurement of the total azimuthal speed of the Sun around the centre of the Milky Way we are able to determine the local galactocentric radius and the circular speed of the Milky Way at the local radius. The measurement of rotation from stars has been enabled by the creation of a new method that allows for a higher accuracy in correcting the average distance to asample of stars than the classic strategies of statistical astronomy. The new method was very useful in demonstrating that the recent claims of a dual structure of the galactic halo are the result of significant and systematic distance errors and the unjustified use of Gaussian functions to describe intrinsically asymmetric data. From the mathematical apparatus developed for the kinematics of our disc models we derived a simple analytic function describing the velocity distribution of disc stars that offers at the same number of free parameters a physically better motivated alternative to the commonly used Gaussian fits.