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The slow quenching of CLASH RXJ2248-4431 cluster galaxies as traced by their gas phase metallicities

Ciocan, Bianca-Iulia (2019) The slow quenching of CLASH RXJ2248-4431 cluster galaxies as traced by their gas phase metallicities.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Ziegler, Bodo

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DOI: 10.25365/thesis.56671
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-15139.66257.101565-8

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Abstract in English

Aims. Gas-phase metallicities offer a deep insight into the chemical evolution of galaxies as they reflect the recycling of gas through star formation, galactic inflows and outflows. The environment in which a galaxy resides also plays an important role in modelling its evolution. Galaxies in dense environments such as clusters will have slightly different properties as compared to their field counterparts, because of gravitative interactions between the cluster members and hydrodynamical interactions between the hot intra-cluster medium and the interstellar medium of galaxies. In order to explore the environmental effects on gas regulation within galaxies, I have chosen to conduct a spectroscopic analysis of emission line, intermediate redshift cluster galaxies in comparison to a sample of field galaxies. Methods. The data set on which this research is based, consists of CLASH-VLT VIMOS spectra and WFI photometry for ∼ 700 intermediate and late type galaxies at 0.1 < z < 0.9, out of which ∼ 178 are members of the CLASH cluster Abell S1063 (RXJ2248-4431) with zmed = 0.348. The fluxes of [OII] λ3727, Hβ λ4861, [OIII] λ5007, Hα λ6564 and [NII] λ6584 emission lines were measured allowing the derivation of (O/H) gas metallicities, star formation rates based on extinction-corrected Hα and [OII] fluxes and active galactic nuclei (AGN) contamination. The stellar masses of the galaxies were computed from the available photometric data using the code LePhare of Arnouts and Ilbert et al. (2011). In order to explore the accretion history of the RXJ2248 cluster members, a phase-space analysis was conducted. The chemical evolutionary paths of the cluster members were also investigated based on the Fundamental-Metallicity- Relation expectation of Lilly et. al (2013), in order to search for signs of star formation quenching as the galaxies travel towards the cluster centre. Results. Our targets can be classified as blue-cloud galaxies according to the colour-magnitude diagram. Cluster and field galaxies follow the SF-sequence in the diagnostic diagrams, which allow disentangling between the ionising sources in a galaxy, with only a low number of galaxies classified as AGNs. Both field and cluster galaxies follow the ”Main-Sequence” of star forming galaxies, with no substantial difference observed between the two populations. In the Mass - Metallicity (MZ) plane, both high mass field and cluster galaxies (9.5 < log(M/M⊙) < 11) show comparable (O/H)s to the local SDSS mass-metallicity relation, with an offset of low mass galaxies (8.4 < log(M/M⊙) < 9.5) towards higher metallicities than the local MZR. We use the location of galaxies in projected phase-space to distinguish between accreted cluster galaxies, which possibly form the virialised population, and infalling galaxies, which have just been recently accreted into the cluster. Our sample of cluster galaxies is located, in projection, close to the cluster core, at radial distances lower than 2·R200. When investigating the chemical histories of the galaxies, we find the following: while both the metallicities of accreted and infalling galaxies are comparable at all masses, accreted cluster galaxies show more enhanced metallicities, by a factor of 0.07 dex, with a ∼ 1.9σ significance, than the population of field galaxies at the low mass end. The same can be said for the population of infalling cluster galaxies. The high mass galaxies are all in accordance with the expected (O/H)s from the Fundamental Metallicity Relation, while the low mass ones, especially the cluster members, deviate strongly from the model predictions, by a factor of ∼ 0.4 dex, and are more in accordance with models which assume a metal enriched gas inflow. The results of this work favour the scenario in which the hot halo gas of low mass galaxies located in a dense cluster environment is stripped off due to mild ram pressure stripping, leading to an increase in the gas-phase metallicity.

Schlagwörter in Englisch

Galaxy evolution

Abstract in German

Ziele. Gasphasenmetallizitäten bieten einen tiefen Einblick in der chemischen Entwicklung von Galaxien, da sie die Rückführung von Gas durch Sternentstehung, galaktische Zu- und Abflüsse widerspiegeln. Die Umgebung, in der sich eine Galaxie befindet, spielt auch eine wichtige Rolle bei der Modellierung ihrer Entwicklung. Galaxien, die sich in dichten Umgebungen befinden, wie z.B. Clustern, haben aufgrund der gravitativen Wechselwirkungen zwischen den Cluster Mitgliedern und der hydrodynamischen Wechselwirkungen zwischen dem heißen Intracluster- medium und dem interstellaren Medium von Galaxien etwas andere Eigenschaften als ihre Feldgegenstücke. Um die Auswirkungen der Umwelt auf die Gasregulierung in Galaxien zu untersuchen, habe ich mich dazu entschieden, eine spektroskopische Analyse von Emissionslinien Galaxien aus dem RXJ2248 Cluster in Vergleich zu einer Population von Feldgalaxien, durchzuführen. Methoden. Der Datensatz, auf dem sich diese Forschung basiert, besteht aus CLASH-VLT- VIMOS-Spektren und WFI-Photometrie für ∼ 700 Galaxien mit 0.1 < z < 0.9, von denen ∼ 178 Mitglieder des CLASH-Clusters Abell S1063 (RXJ2248-4431) mit zmed = 0.348 sind. Die Flüsse der Emissionslinien [OII] λ3727, Hβ λ4861, [OIII] λ5007, Hα λ6564 und [NII] λ6584 wurden gemessen, und das erlaubt uns (O/H) -Gasmetallizitäten und Sternentstehungsraten basierend auf Extinktion korrigierten Hα und [OII] -Flüsse herzuleiten, und nach Kontamination mit aktiven galaktischen Kerne (AGN) zu suchen. Die Sternmassen der Galaxien wurden aus den verfügbaren photometrischen Daten mit dem Code LePhare von Arnouts und Ilbert et al. (2011) hergeleitet. Um die Akkretionsgeschichte der RXJ2248-Clustermitglieder zu untersuchen, wurde eine Phasen-Raum-Analyse durchgeführt. Die chemischen Evolutionspfade der Clustermitglieder wurden auf der Grundlage der Erwartung von Lilly et al. al (2013) analysiert, um nach Anzeichen einer Sternentstehungs-quenching zu suchen, während sich die Galaxien in Richtung Clusterzentrum bewegen. Ergebnisse. Unsere Galaxies können gemäß dem Farben-Helligkeit-Diagramm als blaue Wolkengalaxien klassifiziert werden. Cluster- und Feldgalaxien folgen der Sternentstehung-Sequenz in den Diagnosediagrammen, die eine Entflechtung zwischen den ionisierenden Quellen in einer Galaxie ermöglichen, wobei nur eine geringe Anzahl von Galaxien als AGNs klassifiziert sind. Sowohl Feld- als auch Clustergalaxien folgen das ”Main Sequence” der SF-Galaxien, wobei zwischen den beiden Populationen kein wesentlicher Unterschied beobachtet wird. In der Masse - Metallizität (MZ) - Ebene zeigen sowohl massenreiche Feldgalaxien als auch Clustergalaxien (9.5 < log(M/M⊙) < 11) vergleichbare (O / H) mit der lokalen SDSS-MZR, mit einem Versatz von Galaxien mit geringer Masse (8.4 < log(M/M⊙) < 9.5) zu höheren Metallizitäten als der lokalen MZR. Wir verwenden die Position von Galaxien im projizierten Phasenraum, um zwischen ”akkretierte” Clustergalaxien, die möglicherweise die virialisierte Population bilden, und ”einfallenden” Galaxien, die nur seit kurzem Zeit in den Cluster akkretiert wurden, zu unterscheiden. Unsere Clustergalaxien befinden sich in Projektion nahe dem Clusterkern, in radialen Abständen von weniger als 2 · R200. Bei der Untersuchung der chemischen Geschichten der Galaxien finden wir Folgendes: sowohl die Metallizitäten von ”akkretierte” Galaxien als auch die der ”einfallenden” Galaxien sind bei allen Massen vergleichbar. Die ”akkretierte” Clustergalaxien mit geringeren Massen, weisen um einen Faktor von 0.07 dex mit einem Signifikanz von 1.9σ höhere Metallizitäten als die Population von Feldgalaxien. Das Gleiche gilt für die Population von ”einfallenden” Clustergalaxien. Die Galaxien mit höhere Massen stimmen alle mit den erwarteten (O/H) aus der Fundamentalen Masse-Metallizitätsbeziehung überein, während die Galaxien mit niedrigere Massen, insbesondere die Clustermitglieder, stark von den Vorhersagen des Modells abweichen, um einen Faktor von ∼ 0.4 dex. Diese massenarme Galaxien sind eher in Übereinstimmung mit Modellen, die einen mit Metall angereicherten Gaszufluss annehmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit begünstigen das Szenario, in dem das heiße Halo-Gas von Galaxien mit geringer Masse, die sich in einer dichten Clusterumgebung befinden, aufgrund eines milden Staudrucks abgelöst wird, was zu einer Erhöhung der Gasphasenmetallizität führt.

Schlagwörter in Deutsch

Galaxienentwicklung

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Ciocan, Bianca-Iulia
Title: The slow quenching of CLASH RXJ2248-4431 cluster galaxies as traced by their gas phase metallicities
Umfangsangabe: x, 157 Seiten : Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Astronomie
Publication year: 2019
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Ziegler, Bodo
MitbetreuerIn: Maier, Christian
Assessor: Ziegler, Bodo
Classification: 39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme, Galaxien
39 Astronomie > 39.43 Interstellare Materie
AC Number: AC15344111
Item ID: 56671
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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