JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

3D information of the structures in galaxies is not directly available from the morphologies that are, however, needed to target studies on the structures. Alternatively, the spectra of galaxies broadened by the line-of-sight-velocity-distribution (LOSVD) can be used as LOS spatial distribution probes and hold the chemical footprints left along the evolution of galaxies. Knowledge gained from the density distributions and the stellar populations narrows down the processes involved in building these observed morphologies. Integral field spectroscopy (IFS) is an ideal technique for such cases as it instantaneously provides simultaneous morphological and spectral information from the targets. Thick disks and X/B/P bulges are both structures that are often most directly observable in a near edge-on orientation. The vertical density distribution in these structures are the result of evolutional processes that produce stellar populations accordingly but direct information on the distribution vanishes sharply with decreasing inclination (\(i\)) as does our consensus of the structures in the LOS. Investigating such structures and the LOSVDs in simulations can lift some of the doubt and improve our knowledge to be adapted on the search of these structures over various galaxy inclinations.

In this thesis Gauss-Hermite series are deployed to scrutinise the LOSVDs in thin-thick disk and X/B/P simulations (A and B) against the IFS data from central regions of 13 (\(\textrm{SA-S}\underline{\textrm{A}}\textrm{B}\)) galaxies with \(\langle M_{*}\rangle \approx 2\times10^{10.5}\textrm{M}_{\odot}\), \(\langle T \rangle \approx 2\), \(\langle i \rangle \approx 45°\) from the Spitzer Survey Stellar Structures in Galaxies (\(\mathrm{S}^{4}\mathrm{G}\)) sample. Thin-thick disk superposition in simulation-A produces radially increasing amplitudes of the fourth Gauss-Hermite moment (\(h_{4}\)). The third Gauss-Hermite moment (\(h_{3}\)) shows mainly anti-correlation with LOSV and persist relatively strong even for low inclinations. These signatures are observed in the IFS data but due to limited field-of-view (FoV) and on-plane rings observed in the systems they are not unambiguous. In simulation-B, negative \(h_{4}\) minima are found on average at \(r \approx 2h_{r}\) and corresponds to the X-shape structure on edge-on view. Regarding observations, the nuclear region also highlights a \(h_{4}\)-ring that is a signature observed frequently in the sample. In simulation-B the \(h_{4}\) ring is produced by the disk-bulge superposition in the LOS and is observable independent of inclination. NGC 1068 and NGC 1387 are found to be X/B/P bulge candidates as both are observed in low \(i\), in which the fourth vertical density distribution moment (\(d_{4}\)) is probed by the \(h_{4}\) moment, and are observed with negative \(h_{4}\) at a radial distance \(h_{r} \lt r \lt 2h_{r}\). In low \(i\) the \(h_{4}\) minima in simulation-B are found with weak \(h_{3}-V\) correlation that is observed with NGC 1387 but not clearly with NGC 1068.

2D spektroskopia : katsaus galaksien kemo-dynamiikkaan

Tiivistelmä

3D informaatio galaksien rakenteista ei ole suoraan havaittavissa niiden morfologiasta, jota kuitenkin tarvitaan näiden rakenteiden tutkimiseen. Toisaalta galaksien spektrit laajentuessaan katseen suuntaisten nopeusjakaumien (LOSVD) mukaisesti mahdollistavat rakenteiden syvyyssuuntaisen ulottuvuuden tutkimisen ja pitävät sisällään kemialliset jalanjäljet galaksien evoluutiosta. Tiheys/nopeusjakaumista ja tähtipopulaatiosta saatava tieto tuottaa tarkemman kuvan siitä, mitkä prosessit kykenevät muodostamaan galakseissa havaitut rakenteet. 2D-spektroskopia (IFS) on ideaali keino galaksien rakenteiden tutkimiseen sen välittömästi tuottaman yhtäaikaisen morfologisen ja spektroskooppisen informaation ansiosta. Paksukiekot ja X/B/P keskuspullistumat ovat rakenteita, jotka ovat usein havaittavissa suuren inklinaation omaavissa galakseissa. Näiden rakenteiden pystysuuntaiset tiheys/nopeusjakaumat ja tähtipopulaatiot ovat evoluutionaalisten prosessien tulosta, mutta havaittavan galaksin inklinaation ollessa pieni, suora informaatio rakenteiden pystysuuntaisista tiheysjakaumista ja identiteetistä katoaa. Siksi rakenteiden muodon ja niiden katseen suuntaisten nopeushajontojen tutkiminen simulaatiossa vahvistaa käsitystämme galakseissa esiintyvistä rakenteista.

Työssä hyödynnetään Gauss-Hermite sarjoja nopeusjakaumien analyysiin kahdessa simulaatiossa ja 2D spektroskopiassa 13:lle (\(\textrm{SA-S}\underline{\textrm{A}}\textrm{B}\)) galaksille (\(\langle M_{*}\rangle \approx 2\times10^{10.5}\textrm{M}_{\odot}\), \(\langle T \rangle \approx 2\), \(\langle i \rangle \approx 45°\)) ”Spitzer Survey of Stellar Structures in Galaxies (S4G)” havaintojoukosta. Kaksoiskiekkosimulaatiossa kiekkojen superpositio-LOSVD tuottaa radiaalisesti ulospäin kasvavan Gauss-Hermite sarjan neljännen momentin (\(h_{4}\)). Gauss-Hermite sarjan kolmas momentti (\(h_{3}\)) anti-korreloi LOSV kanssa ja on havaittavissa suhteellisen selvästi, myös matalilla simulaatio inklinaatiolla. Vastaavat merkit ovat havaittavissa IFS datasta, mutta rajallisesta havaintoalueesta ja häiriöitä tuottavista rengasrakenteista johtuen ne eivät ole yksiselitteisiä. X/B/P simulaatiossa negatiiviset \(h_{4}\) minimit esiintyvät keskimäärin etäisyydellä \(r \approx 2h_{r}\), joka vastaa X-rakennetta kylki-edessä orientaatiossa. Simulaation keskustassa havaitaan keskuspullistuman ja kiekon tuottama \(h_{4}\) rengas, joka on usein esiintyvä piirre havaintojoukon IFS datassa. NGC 1068 ja NGC 1387 ovat X/B/P keskuspullistuma kandidaatteja, sillä molemmat ovat inklinaatiossa, jossa vertikaalisen tiheysjakauman neljännen momentin (\(d_{4}\)) tulkinta \(h_{4}\) arvoista on mahdollista ja molemmissa tapauksissa negatiiviset \(h_{4}\) minimit löytyvät radiaalisella etäisyydellä \(h_{r} \lt r \lt 2h_{r}\). Matalilla inklinaatiolla simulaation \(h_{4}\) minimit havaitaan heikon \(h_{3}-V\) korrelaation kanssa, joka on havaittavissa NGC 1387:ssä, mutta ei selkeästi NGC 1068:ssa.