Modelling Rotation Curves in Marginally Resolved Warped Galaxies

Abstract

Early statistical studies indicate that roughly 50 - 70% of spiral galaxies contain visible warps. Neutral hydrogen surveys from the Square Kilometer Array (SKA) pathfinders, such as WALLABY on the Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) telescope, will image hundreds of thousands of galaxies; increasing the number of catalogued HI galaxies by an order of magnitude. Most detections will be marginally spatially resolved, with fewer than 15 beams across their major axes (Nbeam). Inevitably, many of them will be warped. Surveys of this nature make use of modelling tools in order to better understand galaxy parameters and ultimately to further our knowledge of the universe. These tools have, however, not been tested under all conditions. In this thesis, we test the Fully Automated TiRiFiC (FAT) kinematic modelling algorithm’s ability to recover the rotation curves of marginally resolved warped galaxies and determine the impacts of fitting flat disk models to intrinsically warped galaxies. We first create a set of mock observations of flat-disk galaxies in order to determine the minimum spatial resolution, HI mass (MHI) and inclination (i) required for FAT to reliably recover the mock galaxy’s rotation curve. We then generate 500WALLABY-like observations to test these limits on a wider range of parameters. We find that FAT can accurately recover the rotation curves of galaxies with MHI ≥ 8 dex M/M⊙ if a) their Nbeam ≥ 2 and i ≥ 65◦; or b) their Nbeam ≥ 5 and i ≥ 50◦. Then, we generate 500 WALLABY-like observations of warped galaxies and fit models to them using FAT. We find that FAT accurately determines the rotation curve at similar parametric values as for flat disks; however, it often fails to recognize the presence of a warp. Lastly, we force FAT to fit flat models to warped mock galaxies. We find very little difference in FAT’s ability to recover the rotation curves, thus concluding that for widefield surveys similar in depth and resolution to WALLABY it is acceptable to fit flat disk models to warped galaxies. This result is strictly valid for the symmetric warps in the idealized mock galaxies studied here.

Les études statistiques indiquent qu’environ 50 à 70% des galaxies de type spirale contiennent des distorsions dans leur disque visible. Les collectes de données sur l’hydrogène neutre menées par les précurseurs du Square Kilometer Array (SKA), telles que WALLABY sur le télescope australien Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), permettront d’imager des centaines de milliers de galaxies; augmentant ainsi considérablement le nombre de galaxies HI cataloguées. La plupart de ces détections seront marginalement résolues spatialement, avec moins de 15 faisceaux sur leurs axes majeurs (Nbeam). Inévitablement, beaucoup d’entre elles seront déformées. Les enquêtes de cette nature utilisent des outils de modélisation pour mieux comprendre les paramètres des galaxies et, en fin de compte, pour approfondir nos connaissances sur l’univers. Cependant, ces outils n’ont pas été testés dans toutes les conditions. Dans cette thèse, nous testons la capacité de l’algorithme de modélisation cinématique Fully Automated TiRiFiC (FAT) à récupérer les courbes de rotation des galaxies déformées marginalement résolues et déterminons les impacts d’utiliser des modèles à disque plat aux galaxies intrinsèquement déformées. Pour ce faire, nous créons d’abord un ensemble d’observations fictives de galaxies à disque plat qui sont de plus en plus difficiles à modéliser cinématiquement afin de déterminer la performance de FAT dans le régime marginalement résolu. Nous générons ensuite 500 observations similaires à celles que prendra WALLABY pour tester ces limites sur une plage de paramètres plus large. Nous constatons que FAT peut récupérer avec précision les courbes de rotation des galaxies avec des masses HI ≥ 8 dexM/M⊙ si a) leur Nbeam ≥ 2 et inclinaison i ≥ 65◦; ou b) leur Nbeam ≥ 5 et i ≥ 50◦. Ensuite, nous générons 500 observations fictives de galaxies déformées similaires à celles que prendra WALLABY et créons des modèles cinématiques de ceux-ci à l’aide de FAT. Nous constatons que FAT détermine avec précision la courbe de rotation à des valeurs paramétriques similaires à celles des disques plats, mais ne réussit souvent pas à reconnaître la présence d’une déformation. Enfin, nous forçons FAT à créer des modèles plats des galaxies fictives déformées. Nous constatons très peu de différences dans la capacité de FAT à récupérer la courbe de rotation, concluant ainsi que pour les collectes de données de grandes parties du ciel, similaires en profondeur et en résolution à WALLABY, il est acceptable d’utiliser des modèles de disque plat pour représenter des galaxies déformées. Ce résultat est strictement valide pour les déformations symétriques dans les galaxies fictives idéalisées étudiées ici.