Dynamics of the tidal fields and formation of star clusters in galaxy mergers

Starke Gezeitenkräfte in wechselwirkenden Galaxien stören die Morphologie dieser Systeme und fördern die Entstehung ausgedehnter und häufig beobachteter Filamente aus Sternen, Gas und Staub. Neben diesem zerstörerischen Effekt können Gezeitenkräfte auch zu einem vorübergehenden stabilisierenden Zustand, den sogenannten kompressiven Moden führen. Durch die Erhöhung der gravitativen Bindungsenergie der vorhandenen Materie wird diese dann von äusseren gravitativen Einfläassen abgeschirmt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit diesen wenig untersuchten Zuständen durch Quantifizierung ihrer Eigenschaften mittels numerischer und analytischer Methoden, angewandt auf ein spektakuläres System verschmelzender Galaxien, bekannt als die Antennengalaxien. N-Körper Simulationen dieses Galaxienpaares ergeben kompressive Moden in denselben Regionen wo Beobachtungen eine erhöhte Sternentstehung zeigen. Die charakteristischen Zeit- und Energieskalen dieser Moden ähneln ausserdem stark denen selbstgravitierender Substrukturen wie Sternhaufen oder sogenannten tidal dwarfs. Vergleiche mit Sternentstehungsraten aus hydrodynamischen Simulationen bestätigen die Korrelation zwischen der Lage der kompressiven Moden und Bereichen mit erhöhter Sternentstehung. Zusammenfassend ist zu sagen, dass diese Resultate darauf hinweisen, dass kompressive Moden von Gezeitenfeldern statistisch betrachtet eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung junger Sternhaufen in einem Zeitraum von 10 Millionen Jahren spielen. Vorläufige Resultate von Simulationen stellarer Assoziationen zeigen die Bedeutung der Einbettung dieser Haufen in die sich entwickelnden Muttergalaxien, um deren Morphologie und interne Entwicklung zu begründen. Diese Schlussfolgerungen wurden auf zahlreiche Konfigurationen wechselwirkender Galaxien erweitert und liefern bei Variation der charakteristischen Parameter verschmelzender Galaxien das gleiche Ergebnis. Es ist jedoch eine klare Anti-Korrelation zwischen der Wichtigkeit der kompressiven Moden und dem Abstand der Galaxien zueinander zu erkennen. Weitere hydrodynamische Studien sind nun in vollem Gange und werden dazu beitragen, den genauen Einfluss der kompressiven Moden auf die Entstehung und dem späterem überleben von Sternhaufen festzulegen. Aktuelle Vergleiche mit solchen Berechnungen weisen darauf hin, dass kompressive Moden als Katalysatoren oder Auslöser von Sternentstehung angesehen werden können.In interacting galaxies, strong tidal forces disturb the global morphology of the progenitors and give birth to the long stellar, gaseous and dusty tails often observed. In addition to this destructive effect, tidal forces can morph into a transient, protective setting called compressive mode. Such modes then shelter the matter in their midst by increasing its gravitational binding energy. This thesis focuses on the study of this poorly known regime by quantifying its properties thanks to numerical and analytical tools applied to a spectacular merging system of two galaxies, commonly known as the Antennae galaxies. N-body simulations of this pair yield compressive modes in the regions where observations reveal a burst of star formation. Furthermore, characteristic time- and energy scales of these modes match well those of self-gravitating substructures such as star clusters and tidal dwarf galaxies. Comparisons with star formation rates derived from hydrodynamical runs confirm the correlation between the location of compressive modes and sites where star formation is likely to show enhanced activity. Altogether, these results suggest that the compressive modes of tidal fields plays an important role in the formation and evolution of young clusters, at least in a statistical sense, over a lapse of ~10 million years. Preliminary results from simulations of stellar associations highlight the importance of embedding the clusters in the evolving background galaxies to account precisely for their morphology and internal evolution. These conclusions have been extended to numerous configurations of interacting galaxies and remain robust to a variation of the main parameters that characterize a merger. We report however a clear anti-correlation between the importance of the compressive mode and the distance between the galaxies. Further studies including hydrodynamics are now underway and will help pin down the exact role of the compressive mode on the formation and later survival of star clusters. Early comparisons with such computations suggest that compressive modes act as catalysts or triggers of star formation