Galaksien kiekkojen kirkkausprofiilien synty ja kehitys

Väitöskirjatyössä on tutkittu galaksien kiekkojen kirkkausprofiilien piirteitä, joiden avulla voidaan arvioida miten paljon kiekkojen ominaisuudet muuttuvat galaksien kehityksen myötä. Galaksien kiekot ovat pyörimisliikkeen koossa pitämiä tähdistä, kaasusta ja pölystä koostuvia litteitä järjestelmiä joiden muodostuminen liittyy galaksien syntyprosesseihin. Kiekkojen kirkkauden on yleisesti havaittu laskevan eksponentiaalisesti kun etäisyys galaksin keskustasta kasvaa. Kattavaa mallia tämän selittämiseksi ei ole vielä esitetty, mutta sen oletetaan liittyvän galaksien syntyyn.

Kiekkojen kirkkausprofiileissa voidaan myös havaita poikkeamia eksponentiaaliprofiilista: kiekkojen ulko-osissa kirkkaus voi laskea joko nopeammin tai hitaammin kuin sisäosissa. Väitöskirjatyössä on tarkasteltu erityisesti näiden poikkeamien yleisyyttä ja ominaisuuksia käyttäen lähinnä Spitzer Survey of Stellar Structure in Galaxies havaintoprojektin Spitzer-avaruusteleskoopin dataa, joka koostuu 2300 lähigalaksin infrapunahavainnoista. Näkyvää valoa pidemmillä infrapunan aallonpituuksilla havaitaan pääasiassa pienimassaisia vanhoja tähtiä, jotka muodostavat valtaosan galaksien tähtimassasta. Tämä on merkittävä parannus aiempiin tutkimuksiin, jotka on tehty lähinnä näkyvän valon aallonpituuksilla.

Väitöskirjatyössä kiekkojen kirkkausprofiilien poikkeamien on havaittu olevan hyvin yleisiä: vain alle kolmasosassa galakseja kiekon kirkkaus noudattaa eksponentiaaliprofiilia. Työssä kiekkojen poikkeamat on myös yhdistetty galaksien sisäisiin ja ulkoisiin prosesseihin, toisin sanoen galaksien kehitykseen. Erityisesti poikkeamat joissa kirkkaus laskee nopeammin kiekkojen ulko-osissa ovat galaksien sisäisen evoluution seurausta. Nämä poikkeamat voidaan edelleen jakaa kahteen päätyyppiin niiden syntyprosessin perusteella: galaksien keskustoissa olevien sauvakomponenttien aiheuttaman materiajakauman muutoksen synnyttämät poikkeamat, ja toisaalta taas poikkeamat jotka ovat yhdistettävissä tähtiensyntyyn kiekkojen ulko-osissa. Väitöskirjatyössä on myös löydetty yhteys galaksien lähiympäristöjen ja kiekkojen ominaisuuksien välillä galakseissa, joissa kiekkojen kirkkaus laskee hitaammin ulko-osissa. Tämä viittaa siihen, että nämä poikkeamat ovat galaksien vuorovaikutusten aikaansaamia, kuten teoreettiset mallit ennustavat.

Tutkimuksessa käytetty suuri galaksiotos on myös ensimmäistä kertaa paljastanut kiekkojen poikkeamien olevan yleisempiä suuren tähtimassan galakseissa. Tälle käytökselle väitöskirjassa esitetään kaksi syytä. Galaksien sauvakomponentit ovat tehokkaampia muokkaamaan kiekkojen rakenteita galaksien massan kasvaessa ja siten synnyttävät poikkeamia, joissa kirkkaus putoaa nopeammin galaksien ulko-osissa. Lisäksi poikkeamat joissa kirkkaus putoaa hitaammin kiekon ulko-osissa ovat yleisempiä niin sanotuissa linssimäisissä galakseissa, jotka ovat myös keskimäärin massiivisempia.