The distribution of star formation rates during the assembly of NGC 1399 as deduced from its globular clusters

Schulz, Christine (2017): The distribution of star formation rates during the assembly of NGC 1399 as deduced from its globular clusters. Dissertation, LMU München: Fakultät für Physik

Abstract

The giant elliptical NGC 1399 in the center of the Fornax galaxy cluster possesses a rich system of globular clusters (GCs) and ultra-compact dwarf galaxies (UCDs). UCDs share many properties with GCs which is why I assumed in my thesis that most of them are the result of star cluster (SC) formation processes and used the mass function of GCs and UCDs to draw conclusions about their past star formation activities. Based on the photometric properties of each GC/UCD in the sample its mass was deduced, from which the present-day mass function of all GCs/UCDs was obtained. To derive the natal mass function of all GCs/UCDs, the mass of each GC/UCD was corrected for the loss of mass due to stellar evolution and due to the tidal field of the host galaxy. Also, non-SC objects were excluded from the natal GC/UCD mass function. I assume that the GCs/UCDs are an accumulation of many individual SC populations that formed during different formation epochs. The SC masses of each population are distributed according to the embedded cluster mass function, a pure power law with the slope −β up to the stellar upper mass limit, M_max, which depends on the star formation rate (SFR). After decomposing the natal GC/UCD mass function into individual SC populations, I convert M_max of each SC population to an SFR. This approach was applied to the overall GC/UCD mass function and to a red, metal-rich, and a blue, metal-poor, GC/UCD sample. The resulting SFR distributions reveal under which conditions the whole sample as well as the red and blue GC/UCD sample formed. Accounting for the present day stellar mass and the age of NGC 1399 and its GCs/UCDs, the framework offers a consistent description for the formation of GCs/UCDs for β < 2.3. This agrees very well with the observation of young SCs where β ≈ 2.0 is usually found. Realistic peak SFRs lie between roughly 200 and 2000 M_solar/yr and it emerges that blue GCs/UCDs generally require lower SFRs than red GCs/UCDs since they are generally less massive. Considering all available constraints allows the interpretation that red GCs/UCDs formed together with the spheroid of NGC 1399 in a relatively short, intense starburst early on, while blue GCs/UCDs require lower SFRs and could have formed independent of NGC 1399, possibly as an accreted population.

Abstract

Die elliptische Riesengalaxie NGC 1399 im Zentrum des Fornax Galaxienhaufens besitzt zahlreiche Kugelsternhaufen (globular clusters, GCs) und ultra-kompakte Zwerggalaxien (ultra-compact dwarf galaxies, UCDs). UCDs und GCs haben viele Gemeinsamkeiten, weshalb ich in meiner Arbeit voraussetze, dass sich die meisten UCDs wie Sternhaufen (star clusters, SCs) gebildet haben. Ich benutze die Massenfunktion der GCs und UCDs um Rückschlüsse über vergangene Sternbildungsaktivitäten zu ziehen. Aus den photometrischen Eigenschaften jedes untersuchten GC/UCD wurde seine Masse abgeleitet, woraus sich die heutige Massenfunktion aller GCs/UCDs ergeben hat. Um die Massenfunktion aller GCs/UCDs zum Zeitpunkt ihrer Bildung zu bestimmen, wurde die Masse jedes GC/UCD korrigiert. Dabei wurde der Massenverlust durch stellare Entwicklung und durch die Bewegung im Gezeitenfeld der Heimatgalaxie berücksichtigt. Außerdem wurden aus der korrigierten Massenfunktion Objekte entfernt, die keine SCs sind. Meiner Arbeit liegt die Annahme zugrunde, dass die GCs/UCDs aus vielen einzelnen SC Populationen bestehen, die zu verschiedenen Zeiten entstanden sind. Für die Massenverteilung jeder SC Population wird ein Potenzgesetz mit der Steigung −β bis zum stellaren oberen Massenlimit, M_max, angenommen, welches von der Sternbildungsrate (star formation rate, SFR) abhängt. Ich zerlege die korrigierte GC/UCD Massenfunktion in einzelne SC Populationen und wandle das M_max jeder SC Population in eine SFR um. Diese Methodik wird einmal auf die gesamte GC/UCD Massenfunktion und einmal auf die Massenfunktion der roten, metallreichen und der blauen, metallarmen GC/UCD angewendet. Die resultierenden SFR Verteilungen legen offen, unter welchen Bedingungen sich alle GCs/UCDs ebenso wie die roten und blauen GCs/UCDs gebildet haben. Unter Berücksichtigung der heutigen Masse und des Alter von NGC 1399 und ihrer GCs/UCDs beschreibt das theoretische Modell die Bildung von GCs/UCDs für β < 2.3 konsistent, was mit der Beobachtung von typischerweise β ≈ 2.0 in jungen SCs übereinstimmt. Die abgeleiteten Maximalwerte für die SFRs liegen zwischen etwa 200 und 2000 M_solar/yr, wobei blaue GCs/UCDs geringere SFRs benötigen als rote GCs/UCDs, da sie generell weniger Masse besitzen. Alles zusammen erlaubt die Interpretation, dass sich die roten GCs/UCDs zusammen mit dem Spheroid von NGC 1399 in einem relativ kurzen, intensiven Starburst gebildet haben, während die blauen GCs/UCDs weniger hohe SFRs benötigen und sich unabhängig von NGC 1399 gebildet haben könnten und möglicherweise akkretiert wurden.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
• Fakultäten: Fakultät für Physik
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 26. Oktober 2017
• 1. Bericht­erstatter:in: Burkert, Andreas