Kompakte Hochgeschwindigkeitswolken: Bausteine im Universum
Final Report Abstract
Mehr als 40 Jahre nach ihrer Entdeckung durch Muller et al. 1963 ist der Ursprung der Hochgeschwindigkeitswolken (HVCs) noch immer kontrovers. Der wesentliche Grund hierfür ist das Fehlen zuverlässiger Entfernungsbestimmungen für einen Großteil der HVCs. Infolge dessen wurden über die vergangenen Jahrzehnte hinweg zahllose verschiedene Hypothesen über den Ursprung der HVCs vorgeschlagen. Eine Lösung dieses Problems stellt die Untersuchung von HVCs in der Nähe anderer Galaxien dar. In diesem Fall nämlich würden wir die entsprechende HVC-Population von außen betrachten, so daß sich die räumliche Verteilung der Wolken unmittelbar ableiten ließe. Außerdem waren wir in der Lage, wichtige und weitgehend unbekannte physikalische Parameter der HVCs zu bestimmen, z.B. HI-Masse oder Dichte. Aus diesem Grund haben wir mit Hilfe des 100-m-Radioteleskops in Effelsberg einen großen Bereich um die Andromeda-Galaxie (M 31) herum in der 21-cm-Linie des neutralen, atomaren Wasserstoffs kartiert. Ziel dieser Kartierung war die Untersuchung der erwarteten HVC-Population von M31 bis hinaus zu projizierten Entfernungen von mehr als 100 kpc. Neben ausgedehnten Regionen diffusen Gases nahe der Scheibe von M31 konnten wir 17 einzelne HVCs identifizieren und bestätigen, die projizierte Entfernungen von M31 von weniger als 50 kpc aufweisen. Die HI-Massen der delektierten HVCs liegen im Bereich von etwa 10^5 -10^6 Sonnenmassen mit Ausnahme von Davies' Cloud, die eine deutlich höhere HI-Masse von 1:3 10^7 Sonnemassen aufweist. Jedoch konnten wir keine Hinweise auf die Existenz einer ausgedehnten Population kompakter Hochgeschwindigkeitswolken (CHVCs) um M31 herum finden, die von verschiedenen Beobachtungen und Modellen vorhergesagt wurde. Unsere Ergebnisse zeigen, dass HVCs und CHVCs sehr wahrscheinlich zirkumgalaktische Populationen um die Milchstraße und M31 herum bilden mit typischen Entfernungen von ihrer jeweiligen Zentralgalaxie von .50 kpc. Um die HVCs rings um M31 mit höherer Auflösung und Sensitivität zu untersuchen, haben wir neun Felder mit HVC-Emission in Hl mit dem Westerbork Synthese-Radioteleskop (WSRT) beobachtet. Bei einer Winkelauflösung von 2 Grad FWHM (entsprechend 450 pc in der Entfernung von M31) sind wir in der Lage, die innere Struktur der meisten HVCs aufzulösen. Die delektierten Wolken haben Durchmesser in der Größenordnung von 1 kpc und HI-Massen im Bereich von einigen 10^4 Sonnemassen bis hin zu 6 10^5 Sonnemassen. Viele der HVCs sind in einem filamentären Komplex angeordnet, der sich räumlich und kinematisch mit dem stellaren Strom von M31 überschneidet und möglicherweise durch Gezeitenwechselwirkung entstand. Andere mit dem WSRT delektierte HVCs erscheinen von M31 und ihren bekannten Satellitengalaxien isoliert und sind aussichtsreiche Kandidaten für die primordialen Dunkle-Materie-Halos, die von Strukturentstehungs-Szenarien im Rahmen der CDM-Kosmologie vorhergesagt werden. Unsere Ergebnisse sind in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen der numerischen Simulationen von Sternberg et al. und Kravtsov et al. Mit unseren Beobachtungen konnten wir zeigen, dass HVCs und CHVCs sehr wahrscheinlich zirkumgalaktische Populationen um die großen Spiralgalaxien der Lokalen Gruppe herum bilden. Hypothesen, die eine Verteilung der HVCs über die gesamte Lokale Gruppe hinweg annehmen, können als unwahrscheinlich gelten. Unsere Ergebnisse legen zudem nahe, daß sowohl Gezeitenwechselwirkungen als auch primordiale Dunkle-Materie-Halos zu den beobachteten HVC-Populationen beigetragen haben. Der nächste logische Schritt in der Erforschung der HVCs wird die systematische Bestimmung der Metallizitäten mit Hilfe von Absorptionslinien-Spektroskopie geeigneter Hintergrundobjekte sein. Wir haben bereits begonnen, HVCs im Halo der Milchstraße durch die systematische Auswertung von Quasar-Absorptionslinien im Optischen zu untersuchen. Durch Erweiterung dieser Untersuchungen auf die HVCs von M31 in der Zukunft werden wir in der Lage sein, die Ergebnisse unserer bisherigen Beobachtungen zu überprüfen.
Publications
- 2005. "Compact high-velocity clouds around the galaxy and M31". ASP Conf. Series 331, p. 105
Westmeier T., Brüns C., Kerp J.
- 2005. "HI throughout the circum-galactic environment of Andromeda". ASP Conf. Series 331, p. 113
Thilker D., Braun R., Westmeier T.
- 2005. "Westerbork HI observations of highvelocity clouds near M31 and M33". 436, p. 101
Westmeier T., Braun R., Thilker D.
- 2007. "The relics of galaxy evolution: High-velocity clouds around the Andromeda Galaxy". New Astronomy Reviews 51, p. 108
Westmeier T., Braun R., Brüns C., Kerp J., Thilker D.
