Can Hα observations recover the rotational velocities of disk galaxies?
(2024) ASTK03 20231Astrophysics
Department of Physics
- Abstract
- The angular momentum of a galaxy is a very important concept when studying its kinematics. The two parameters that define the angular momentum are the rotational velocity of the galaxy and its dynamical mass. One of the problems with measuring the rotational velocity of a galaxy is that the galaxy may be observed at an angle. This impacts the radial velocity profile a telescope will measure. It would thus be beneficial to know if there exists an inclination correction term that, when applied to a radial velocity profile measured at an angle, gives the radial velocity profile at no inclination. If the corrections can be matched with a theoretical model of the rotational velocity of the galaxy, its dynamical mass can be estimated. Starting... (More)
- The angular momentum of a galaxy is a very important concept when studying its kinematics. The two parameters that define the angular momentum are the rotational velocity of the galaxy and its dynamical mass. One of the problems with measuring the rotational velocity of a galaxy is that the galaxy may be observed at an angle. This impacts the radial velocity profile a telescope will measure. It would thus be beneficial to know if there exists an inclination correction term that, when applied to a radial velocity profile measured at an angle, gives the radial velocity profile at no inclination. If the corrections can be matched with a theoretical model of the rotational velocity of the galaxy, its dynamical mass can be estimated. Starting off with the simulated data of a galaxy from Agertz et al. (2021), which was created trying to understand the origins of galaxy structures and trends observed in the Milky Way, the rotational velocity profile at different inclinations and distances away from an observer was derived from velocities traced by Hα emission. It was found that doing a cos(θ) correction gives the correct shape and relatively good values when compared to the zero inclination case. The correction becomes worse the farther away the galaxy is, and also at higher inclinations. The distance was modeled using a percentage of the maximum monochromatic luminosity. This removes any effect from the cosmic redshift, noise, and interactions as the light travels toward an observer. The corrected radial velocity curves could not be matched to a theoretical model of the rotational velocity curve due to asymmetries in the radial velocity profiles. The asymmetry could be explained by the fact that Hα emitting gas can be highly turbulent, causing a significant portion of the gas to be located in regions that distort the radial velocity profile by the method used in this project. This means that the dynamical mass could not be estimated by only observing Hα emission. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Detta projekt riktar sig till att undersöka om vi kan skapa en bild av en simulerad galax, göra mätningar på den som om ett värkligt teleskop hade sett den på natthimlen, och se om dessa mätningar stämmer överens med simulerade mätvärden. Med hjälp av given data så kommer vi återskapa en bild med hög upplösning som om du själv stod framför och tittade på galaxen. Sedan kommer vi dumma ner bilden så upplösningen blir sämre och sämre tills den liknar en bild ett teleskop här på jorden hade sett. Sedan så kan vi ta reda på vad vi hade mätt av den galaxen.
Det som hjälper till att definiera galaxer är deras vinkel moment, vilket är en indikator på hur starkt de roterar. Anledningen till varför vinkel moment är bra är för att det beror på... (More) - Detta projekt riktar sig till att undersöka om vi kan skapa en bild av en simulerad galax, göra mätningar på den som om ett värkligt teleskop hade sett den på natthimlen, och se om dessa mätningar stämmer överens med simulerade mätvärden. Med hjälp av given data så kommer vi återskapa en bild med hög upplösning som om du själv stod framför och tittade på galaxen. Sedan kommer vi dumma ner bilden så upplösningen blir sämre och sämre tills den liknar en bild ett teleskop här på jorden hade sett. Sedan så kan vi ta reda på vad vi hade mätt av den galaxen.
Det som hjälper till att definiera galaxer är deras vinkel moment, vilket är en indikator på hur starkt de roterar. Anledningen till varför vinkel moment är bra är för att det beror på massan, storleken och rotations hastigheten av galaxen. Dessa tre komponenter tillsammans är unikt för alla galaxer. När en galax har blivit simulerad så vet vi garanterat vilket vinkel moment den har, alltså har vi redan mycket information som definierar galaxen som vi kan arbeta med. Däremot när teleskop samlar mätdata så observerar teleskop inte allt ljus, utan det är begränsat. Vi väljer alltså att titta på hur starkt ljuset från vissa våglängder är i ett spektrum, mer specifikt Hα som har en våglängd på ca 656nm. Detta uppkommer när en elektron övergår från den tredje energi-nivån till den andra i väte. Anledningen till att vi väljer just Hα är för att den är väldigt förekommande i alla galaxer. Vi samlar alltså bara in ljus och information som kommer från Hα.
Så med hjälp av vinkel momentet och ljus-styrkan från Hα så kan vi ta fram information om galaxen som ett teleskop hade mätt. De mest intressanta för oss är galaxens massa och vad vi kallar för galaxens ”radial hastighets profil”. Radial hastighet är hastigheten antingen direkt ifrån oss eller direkt emot oss. Alla punkter i en galaxas rör sig med en hastighet ifrån oss eller emot oss beroende på hur långt ifrån mitten av galaxen de är. Vad en ”radial hastighets profil” då innebär är en graf där vi ser radial hastigheten som en funktion av avståndet från mitten av galaxen. Problemet är tyvärr att i verkligheten galaxer kan vara vinklade, vilket betyder att vi inte kan få en sann radialhastighets profil. Vi kan då se om vi kan ta fram en faktor som är beroende av vinkeln så att om vi vet hur mycket galaxen är vinklad så kan vi ta fram ”radial hastighets profilen” som om galaxen inte var vinklad. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9170672
- author
- Dahlberg, Liam LU
- supervisor
-
- Corentin Cadiou LU
- Oscar Agertz LU
- organization
- course
- ASTK03 20231
- year
- 2024
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Simulation, Dynamical mass, Rotational velocity, Theoretical observations, Inclination correction
- report number
- 2024-EXA236
- language
- English
- id
- 9170672
- date added to LUP
- 2024-08-12 08:56:35
- date last changed
- 2024-08-12 08:56:35
@misc{9170672,
abstract = {{The angular momentum of a galaxy is a very important concept when studying its kinematics. The two parameters that define the angular momentum are the rotational velocity of the galaxy and its dynamical mass. One of the problems with measuring the rotational velocity of a galaxy is that the galaxy may be observed at an angle. This impacts the radial velocity profile a telescope will measure. It would thus be beneficial to know if there exists an inclination correction term that, when applied to a radial velocity profile measured at an angle, gives the radial velocity profile at no inclination. If the corrections can be matched with a theoretical model of the rotational velocity of the galaxy, its dynamical mass can be estimated. Starting off with the simulated data of a galaxy from Agertz et al. (2021), which was created trying to understand the origins of galaxy structures and trends observed in the Milky Way, the rotational velocity profile at different inclinations and distances away from an observer was derived from velocities traced by Hα emission. It was found that doing a cos(θ) correction gives the correct shape and relatively good values when compared to the zero inclination case. The correction becomes worse the farther away the galaxy is, and also at higher inclinations. The distance was modeled using a percentage of the maximum monochromatic luminosity. This removes any effect from the cosmic redshift, noise, and interactions as the light travels toward an observer. The corrected radial velocity curves could not be matched to a theoretical model of the rotational velocity curve due to asymmetries in the radial velocity profiles. The asymmetry could be explained by the fact that Hα emitting gas can be highly turbulent, causing a significant portion of the gas to be located in regions that distort the radial velocity profile by the method used in this project. This means that the dynamical mass could not be estimated by only observing Hα emission.}},
author = {{Dahlberg, Liam}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Can Hα observations recover the rotational velocities of disk galaxies?}},
year = {{2024}},
}