Detaillierte Studien an einer neuentdeckten Galaxiengruppe

Die Bildung und Entwicklung von Galaxien sind fundamentale Fragestellungen in der Kosmologie. Die neueste Sicht der hierarchischen Strukturbildung im Universum bezieht sog. Galaxien-Gruppen mit ein: Sie sind oftmals Bausteine der Galaxien-Haufen und Orte, an denen Wechselwirkungen Mini-Galaxien generieren können. Das Studium der Entwicklung von Galaxien-Gruppen selbst wird als eine der Grundlagen für das Verständnis der Evolution von großskaligen Strukturen angesehen. "Kompakte Galaxien-Gruppen" (CGs) bieten die günstigsten Bedingungen für Wechselwirkungs- und Verschmelzungsprozesse. Die Verschmelzung von Galaxien innerhalb von CGs dürfte laut Theorie schlussendlich jeweils in einer Vereinigung der Gruppenmitglieder zu einer einzigen hellen elliptischen Galaxie münden. Obwohl einig wenige "fossile" CGs identifiziert werden konnten, sind Entwicklungs- Details von CGs und insbesondere die Verschmelzungsprozesse weitgehend unverstanden. Vor allem die Seltenheit von Systemen, die an der Schwelle zur endgültigen Verschmelzung stehen, macht es überaus schwierig, Einzelheiten der Transformation zu einer elliptischen Galaxie zu untersuchen. Daher ist es wichtig, zumindest eine weitentwickelte CG zu finden, die dann als Prototyp finaler Entwicklungsphasen von CGs studiert werden kann. Die bekannten und intensiv studierten 100 "Hickson-CGs" umfassen wohl diverse Entwicklungsstadien, enthalten aber - mit der möglichen Ausnahme von HCG 31 - kein Objekt, das an der Kippe zur Verschmelzung steht. --- Vor wenigen Jahren entdeckten wir einen vielversprechenden Kandidaten einer weitentwickelten CG. Wir ermittelten, dass dieses System (CG J1720-67.8) alle Eigenschaften einer CG aufweist und zudem einen ausnehmend hohen Grad an Kompaktheit, geringer Geschwindigkeitsstreuung und an Sternbildungs-Aktivität zeigt (ApJ 522, L17, 1999). Da dieses Objekt die weitentwickeltste CGs darzustellen schien, begannen wir ein Drei-Jahres-Projekt beim FWF (P15065-N02) mit dem Ziel, detaillierte Multi-Wellenlängen-Beobachtungen (Photometrie, Spektroskopie) durchzuführen. Umfangreiches Datenmaterial (im optischen, nah-infraroten und Radio-Bereich) wurde gewonnen und analysiert; wir konnten gute Fortschritte bei der Untersuchung der Mitgliedsgalaxien von CG J1720-67.8 und deren Verschmelzungsprozesse verzeichnen. Auch haben wir mehrere dort neu entstehenden Mini-Galaxien identifiziert und studiert. CG J1720-67.8 erwies sich jedoch als viel komplexer als ursprünglich zu erwarten war. So ist es für ein vertieftes Verständnis der vergangenen und zukünftigen Evolution der Gruppe nötig, einen genauen Vergleich von Mess-Daten mit detaillierten dynamischen Modellen durchzuführen. Die Daten haben wir bereits. Um unsere für späte Entwicklungsphasen von kompakten Galaxiengruppen prototypische Gruppe abschließend genauestens zu analysieren, ersuchen wir um eine Erweiterung der Projektdauer um 1 Jahr (Fortsetzung der 1 Postdoc-Stelle).

Die Bildung und Entwicklung von Galaxien stellen fundamentale Fragestellungen der Kosmologie dar. Die wichtige Rolle der Galaxienevolution in Gruppen wird durch neueste Erkenntnisse in hierarchischer Strukturbildung im Universum gestützt: Demnach sind Gala-xiengruppen Bausteine von Haufen sowie Orte, an denen Wechselwirkungen Galaxien formen. Kompakte Galaxiengruppen (CGs) offerieren überaus günstige Bedingungen für Wechselwirkungen und Verschmelzungsprozesse und führen zu ausgeprägten Galaxien- transformationen. Verschmelzungen in Folge führen in CGs wahrscheinlich zu Endprodukten in Form leuchtkräftiger elliptischer Galaxien. Obwohl ein paar "fossile" Gruppen identifiziert wurden, ist Genaueres über Gruppenevolution und Verschmelzungsprozesse nicht bekannt. Insbesondere der Mangel an bekannten Systemen, die im Begriff sind, zu verschmelzen macht es schwer, den Übergang von CG elliptische Galaxie genauer zu verstehen. Daher wurde das verwandte Projekt P15065-N02 für eine detaillierte photometrische und spektroskopische Studie einer entwickelten Gruppe, die von uns entdeckt worden war (CG J1720-67.8 - ApJ 522, L17, 1999), genutzt. Als Ergänzung dieser Studie konzentrierten wir uns in dem vorliegenden 1-Jahr-Projekt auf die Anwendung theoretischer Modelle und numerischer Simulationen, um gewonnene Messdaten umfassend zu erschließen und ein tieferes Verständnis der Geschichte dieser Gruppe zu entwickeln. Ein dualer Zugang wurde gewählt: 1) Moderne Techniken der Evolutionssynthese stellarer Populationen wurden angewandt, um die beobachteten Eigenschaften der Gruppengalaxien zu reproduzieren. Dabei wurde auch die Staubextinktion beim Vergleich von Modellen und Messdaten berücksichtigt. Die Ergebnisse lassen sich so interpretieren, dass 2 Galaxien vor 40 bis 180 Millionen Jahren eine Phase heftiger Sternbildung durch-laufen haben, was zugleich eine zeitliche Begrenzung des Alters der letzten gravitativen Wechselwirkung darstellt. Eine ältere, ziemlich ausgeprägte, Sternbildungsepisode vor zirka1 Milliarde Jahren markiert die Geschichte des massereichsten Gruppenmitglieds und deutet auf eine Verschmelzung zweier Galaxien hin. Weitere Resultate der Modellierung waren die Abschätzung der Sternmassen in den Galaxien und solche des Anteils der Leuchtkräfte und der stellaren Massen, die während der letzten Ausbrüche von Sternbildung produziert wurden. 2) Die obigen Ergebnisse sowie die beobachtete Anordnung der Galaxien, so wie sie auf die Sphäre projiziert sind, erwiesen sich als für die dynamische Modellierung der Gruppe nutzbar. Durch die Anwendung von N-Körper hydrodynamischen Simulationen konnten wir erkennen, dass die gegenwärtig beobachtete Galaxienanordnung mit einer gravitativen Wechselwirkung nur der beiden Spiralgalaxien der Gruppe unverträglich ist. Offenkundig ist die Rolle, welche die massivere Begleitgalaxie frühen Typs in der Wechselwirkung spielt - eine Rolle, die auf der Basis früherer Analysen von Messdaten unklar geblieben war - von fundamentaler Wichtigkeit.