Early-type dwarf galaxies [Elektronische Ressource] : insight from stellar population studies / put forward by Sanjaya Paudel

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Dissertationsubmitted to theCombined Faculties of the Natural Sciences and Mathematicsof the Ruperto-Carola-University of Heidelberg, Germanyfor the degree ofDoctor of Natural SciencesPut forward bySanjaya Paudelborn in: Kamalamai, NepalstOral examination: 1 Jun, 2011Early-type dwarf galaxies:Insight from stellar population studiesReferees: Dr.T. Lisker Examiners: Prof. Dr. E. K. GrebelProf. Dr. C. Dullemond Prof. Dr. J. Schaner-BielichAbstractWe have studied the stellar population properties of a sample of early-type dwarf galaxies (dEs)in Virgo cluster. We derived the simple stellar population (SSP) parameters age and metallicityusing the method of Lick indices.We found that not all dEs exhibit the same stellar population properties. The dEs with discfeatures are relatively younger and more metal enhanced than dEs without disc. We also foundthe nuclei of dEs have smaller ages and higher metal content than the respective galactic mainbodies. Comparing the SSP parameters at the same local density, where the Ultra CompactDwarf galaxies (UCDs) are located, we do not find any dierence in the stellar populationproperties of dEs nuclei and UCDs.We confirmed that the metallicity correlate with the galaxies luminosity in all classes of early-type galaxies i.e. Es, dEs and dSphs and dEs luminosity-metallicity relation has the steepestslope among all classes. We discovered a clear break in this relation in the dEs region.

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Published 01 January 2011
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Dissertation
submitted to the
Combined Faculties of the Natural Sciences and Mathematics
of the Ruperto-Carola-University of Heidelberg, Germany
for the degree of
Doctor of Natural Sciences
Put forward by
Sanjaya Paudel
born in: Kamalamai, Nepal
stOral examination: 1 Jun, 2011Early-type dwarf galaxies:
Insight from stellar population studies
Referees: Dr.T. Lisker Examiners: Prof. Dr. E. K. Grebel
Prof. Dr. C. Dullemond Prof. Dr. J. Schaner-BielichAbstract
We have studied the stellar population properties of a sample of early-type dwarf galaxies (dEs)
in Virgo cluster. We derived the simple stellar population (SSP) parameters age and metallicity
using the method of Lick indices.
We found that not all dEs exhibit the same stellar population properties. The dEs with disc
features are relatively younger and more metal enhanced than dEs without disc. We also found
the nuclei of dEs have smaller ages and higher metal content than the respective galactic main
bodies. Comparing the SSP parameters at the same local density, where the Ultra Compact
Dwarf galaxies (UCDs) are located, we do not find any dierence in the stellar population
properties of dEs nuclei and UCDs.
We confirmed that the metallicity correlate with the galaxies luminosity in all classes of early-
type galaxies i.e. Es, dEs and dSphs and dEs luminosity-metallicity relation has the steepest
slope among all classes. We discovered a clear break in this relation in the dEs region. The
bright and metal rich dEs seem to follow a faint end extension of Es and the metal poor and old
dEs either hold a genuine class of early-type dwarf galaxies or just a bright end extension of
dSph.
Zusammenfassung
Wir untersuchten die Eigenschaften der stellare Populationen eines Samples von Zwerggalaxien
des fruhes¨ Typs (elliptische Zwerggalaxien) im Virgo Galaxienhaufen. Mit Hilfe der Lick-
Index-Methode wurden die Alters- und Metallizitats-P¨ arameter aqui¨ valent zu einer einfachen
stellaren Population (SSP) abgeleitet.
Wir fanden, dass nicht alle dEs die selben stellaren Eigenschaften aufweisen. dEs mit einer
Scheibenkomponente sind relativ junger¨ und metallreicher als dEs ohne Scheibe. Weiterhin
fanden wir, dass der Kern der dEs ein geringeres Alter und eine hoher¨ Metallizitat¨ als die jew-
eilige galaktische Hauptkomponente aufweist. Beim Vergleich der SSP-Parameter, die sich bei
der selben lokalen Dichte wie die Ultra-kompakten Zwerggalaxien (UCDs) befinden, konnten
wir keine Unterschiede zwischen den Eigenschaften der stellaren Populationen der dE-Kerne
und den UCDs feststellen.
Wir konnten bestatigten,¨ dass die Metallizitat¨ mit der Leuchtkraft der Galaxien in allen Klassen
von Galaxien des fruhes¨ Typs, z.B Es, dEs und dSphs, korreliert. Die Leuchtkraft-Metallizitats-¨
Relation der dEs zeigt den steilsten Anstieg innerhalb aller Klassen. Wir entdeckten einen
eindeutigen Bruch in der Leuchtkraft-Metallizitats-Relation¨ im Gebiet der dEs. Die hellen und
metallreichen dEs scheinen der leuchtschwachen Verlangerung¨ der Es zu folgen und die metal-
larmen und alten dEs bilden entweder eine eigenstandige¨ Klasse von Galaxien fruhen¨ Typs oder
sie sind nur die leuchtkraftige¨ Verlangerung¨ der dSph.Declaration
This thesis contains no material that has been accepted for the award of any other degree or
diploma.myDedicatedparentstoContents
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Dwarf elliptical galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Cosmological importance of dEs and formation scenario . . . . . . . . . . . . 6
1.4 The Virgo cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 Thesis outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Integrated light stellar population studies in galaxies 11
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Simple stellar population models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Stellar population analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Stellar populations in early-type galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3 The sample: observation, data reduction and analysis 21
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2 Sample selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 Basic data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4 Line strength measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 Correction to the Lick system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4 Stellar populations of Virgo cluster early-type dwarf galaxies with and without
discs: a dichotomy in age? 39
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 A morphological diversity in dEs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3 The sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.4 Extraction of stellar population parameters from model fitting . . . . . . . . . . 43
4.5 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.6 Discussion and conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5 Nuclei of early-type dwarf galaxies: insights from stellar populations 59
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2 The sample, observation and data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.3 Line strength measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4 Results: sges, metallicities and-abundance ratios . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
ix5.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.7 Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6 Nuclei of early-type dwarf galaxies: are they progenitors of UCDs? 83
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.2 The sample, observations and data reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.4 Summary and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7 On the nature of stellar population properties of dEs: are dEs special? 97
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.2 The sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.4 Discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8 Summary and outlook 111
8.1 Future prospect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Abbreviations 114
Bibliography 116
Acknowledgment 125