Galaxy cluster rotation:
Creators: name: Μανωλοπούλου, Μαρία Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: περιστροφή
σμήνη γαλαξιών
δυναμική
rotation
galaxy clusters
dynamics

description: Σε αυτή την εργασία μελετάμε την πιθανή περιστροφή των γαλαξιών-μελών σμηνών, αναπτύσσοντας, δοκιμάζοντας και εφαρμόζοντας έναν νέο αλγόριθμο. Η ανίχνευση περιστροφής σε σμήνη γαλαξιών οδηγεί στην ανάγκη διόρθωσης της μάζας των σμηνών μέσω του θεωρήματος Virial. Μια τέτοια διόρθωση είναι σημαντική για την κοσμολογική έρευνα, στην οποία χρησιμοποιείται ευρέως η “δυναμική” μάζα των σμηνών γαλαξιών για υπολογισμούς των κοσμολογικών παραμέτρων. Για την επικύρωση του αλγόριθμού μας κατασκευάζουμε ρεαλιστικά σμήνη χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις Monte-Carlo, προκειμένου να επιβεβαιωθεί κατά πόσο η μέθοδός μας παρέχει ισχυρές ενδείξεις της περιστροφής. Συγκρίνουμε τη μέθοδό μας με εκείνη άλλων μελετών που βρέθηκαν στη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε τη μεθοδολογία μας σε ένα δείγμα σμηνών Abell, τα οποία επιλέχθηκαν ώστε οι διαφορετικοί τύποι Bautz-Morgan, που αντιστοιχούν σε διαφορετικές εξελικτικές φάσεις των σμηνών, να εκπροσωπούνται ισότιμα. Επιλέγουμε τους γαλαξίες μέλη των σμηνών χρησιμοποιώντας τη φασματοσκοπική βάση δεδομένων SDSS. Εφαρμόζουμε διάφορα τεστ για να διαπιστώσουμε την πιθανή περιστροφή σε κάθε σμήνος και αντλούμε ενδείξεις σχετικά με την περιστροφή του, το κέντρο της, τον προσανατολισμό του άξονα περιστροφής, το πλάτος της περιστροφικής του ταχύτητας και, τέλος, την δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη κατεύθυνση περιστροφής στο επίπεδο του ουρανού. Βρίσκουμε 23 περιστρεφόμενα (ή πιθανώς περιστρεφόμενα) σμήνη (περίπου το 50% του συνόλου) είτε εντός 1.5 Mpc ή εντός 2.5 Mpc από το κέντρο του κάθε σμήνους από το σύνολο των 45 σμηνών του δείγματός μας. Διαπιστώνουμε επίσης ότι, από τα 23 περιστρεφόμενα σμήνη, τα πέντε έχουν ισχυρές ενδείξεις για υποδομές, γεγονός που σημαίνει ότι το περιστροφικό σήμα θα μπορούσε να οφείλεται στις συνεκτικές κινήσεις των ίδιων των υποδομών. Ως εκ τούτου, ένα ασφαλές ποσοστό των περιστρεφόμενων σμηνών (τουλάχιστον στο δείγμα μας) είναι ~40%. Σε μια προσπάθεια να εντοπιστούν τα αίτια περιστροφής των σμηνών, συσχετίζουμε τους δικούς μας δείκτες περιστροφής με την δυναμική κατάσταση των σμηνών, που παρέχεται είτε από τον τύπο Bautz-Morgan είτε από το σχήμα των ισόφωτων καμπυλών της εκπομπής ακτίνων Χ. Δεν βρίσκουμε καμία συσχέτιση για το δείγμα σε απόσταση 1.5 Mpc από το κέντρο του σμήνους. Ωστόσο, για την περίπτωση εξωτερικής ακτίνας ίσης με 2.5 Mpc, βρίσκουμε αντι-συσχέτιση μεταξύ της σφαιρικότητας των ισόφωτων καμπυλών στις ακτίνες Χ και τους δικούς μας δείκτες περιστροφής, που δείχνει ότι η περιστροφή συσχετίζεται με σμήνη τα οποία είναι δυναμικά διαταραγμένα. Αν η ερμηνεία αυτή είναι σωστή, τότε θα έπρεπε να έχουμε βρει παρόμοιους συσχετισμούς και στην περίπτωση ακτίνας 1.5 Mpc από το κέντρο. Το γεγονός ότι δεν έχουμε βρει τέτοιους συσχετισμούς, δείχνει ότι η φαινόμενη περιστροφή στην εξωτερική ακτίνα είναι πιθανό να παράγεται από τις κινήσεις των υποδομών που προσπίπτουν στα δυναμικά νέα σμήνη.
description: In this thesis we study the possible rotation of galaxy-members in clusters, developing, testing and applying a novel algorithm. Finding rotational modes in galaxy clusters would lead to the necessity of correcting the dynamical cluster mass calculation. Such a correction is important in cosmological research, which use cluster masses as cosmological probes. To validate our algorithms we construct realistic Monte-Carlo clusters in order to confirm whether our method provides robust indications of rotation. We also compare our method to that of other studies found in the literature. We then apply our methodology on a sample of Abell clusters, selected such that the different Bautz-Morgan types, corresponding to distinct evolutionary phases of the clusters, are represented equally. We select galaxy cluster members using the SDSS spectroscopic database. We apply several tests to determine possible rotation on each cluster and we derive indications regarding its rotation or not, its rotational centre, rotation axis orientation, rotational velocity amplitude and, finally, the clockwise or counterclockwise direction of rotation on the plane of the sky. We find 23 rotating (or possibly rotating) clusters (ie., ~50% of the total) either within 1.5 Mpc or within 2.5 Mpc distance from the cluster centre out of the total 45 clusters in our sample. We also find that out of the 23 rotating clusters five have strong indications for substructures, which implies that the rotation signal could well be due to coherent motions of the substructures themselves. Therefore, a secure fraction of rotating clusters (at least in our sample) is ~40%. In an attempt to identify the causes of cluster rotation we correlate our rotation indicators with the cluster dynamical state provided either by their Bautz-Morgan type or by their X-ray isophotal shape. We find no correlation for the sample within a 1.5 Mpc radius from the cluster centre. However, for the case of an outer radius of 2.5 Mpc we do find an anti-correlation between X-ray isophotal sphericity and our rotational indicators, showing that rotation correlates with clusters that are dynamically unrelaxed. If this interpretation was correct, we should have found similar correlations also for the 1.5 Mpc radius case. The fact that we have not, suggests that the apparent rotation at the outer radius is probably produced by coherent motions of substructures, infalling in the dynamically young clusters.