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Ionized and molecular gas studies to unveil AGN feedback
Ionized and molecular gas studies to unveil AGN feedback
Starke Winde von supermassiven schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien werden in Simulationen oft aktiviert, um beobachtete Eigenschaften wie z.B. das obere Massenende der Galaxienmassenfunktion zu reproduzieren. Obwohl mehrere Studien im vergangenen Jahrzehnt durchgeführt worden sind, um die Auswirkung der Rückkopplung von solchen aktiven galaktischen Kernen (AGN) sowohl bei geringen als auch bei hohen Rotverschiebungen aufzudecken, erbrachten Beobachtungen bislang noch keinen direkten und überzeugenden Nachweis ihrer Auswirkung auf die Muttergalaxie. Galaxien mit Rotverschiebungen 1<z<3 sind ideale Versuchsobjekte, um zu prüfen, welche Auswirkung Strahlungswinde auf die Muttergalaxie haben, da in diesem Zeitraum die volumengemittelte Akkretions rate der schwarzen Löcher maximal war. In der vorliegenden Arbeit werden zwei unabhängige Ansätze präsentiert, mit denen die strahlungsbedingte Rückkopplung von AGNs mit z~1.5 untersucht werden kann. Dabei werden die sog. Integral Field Spektroskopie im optischen und nah-infraroten Wellenlängenbereich (WiFeS and SINFONI) und die Spektroskopie von Submillimeterwellen (ALMA) verwendet. Die beiden Methoden untersuchen unterschiedliche Phasen des Gases innerhalb der Muttergalaxie des AGN und liefern daher komplementäre Informationen über den Zustand der interstellaren Materie (ISM). Mit der ersten Methode, den Beobachtungen mit SINFONI zeige ich, dass die ionisierten Ausflüsse von AGNs mit hohen Massenakkretionsraten ausgedehnt sind und sich über die gesamte Muttergalaxie ausbreiten (8-10 kpc). Aufgrund von großen systematischen Unsicherheiten -- in erster Linie bei der Bestimmung von Elektrondichten -- ist es jedoch eine große Herausforderung, die Quelle dieser Ausflüsse zu unterscheiden, da sie entsprechend aktueller theoretischer Modelle in gleichem Maße durch Sternentstehung oder einen AGN gespeist werden könnten. Basierend auf optischen IFU Beobachtungen von nahen AGN Muttergalaxien mit WiFeS präsentiere ich räumlich aufgelöste Karten der Elektronendichte, mit dem Ziel, die Dichtewerte in der sog. narrow line region einzugrenzen und damit die systematischen Unsicherheiten bei der Bestimmung der Ausflussstärke zu reduzieren. Bei der zweiten Methode werden ALMA CO(2-1) Beobachtungen von Galaxien verwendet, die auf der Hauptreihe von sternbildenden Galaxien liegen und einen AGN beherbergen. Die molekulare Gasmasse der AGN-Galaxien mit z~1.5 wird verglichen mit jener von Galaxien, die keinen AGN besitzen, aber ähnliche sternentstenungsraten und stellare Massen haben. Dabei zeigt sich, dass Galaxien mit einem AGN tendenziell einen geringeren Anteil an molekularem Gas haben und ihr Gas über einen kürzeren Zeitraum abbauen (Faktor von ~2) im Vergleich zu den Galaxien ohne AGN, was darauf hindeutet, dass die AGN-Rückkopplung eine Rolle spielt. Die in dieser Arbeit vorgestellten Beobachtungen zeigen, dass AGNs in der Lage sind, die Eigenschaften ihrer Muttergalaxie zu beeinflussen. Allerdings sollten zukünftige Beobachtungen konzipiert werden, um systematische Unsicherheiten zu reduzieren.
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Kakkad, Darshan Mahesh
2017
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Kakkad, Darshan Mahesh (2017): Ionized and molecular gas studies to unveil AGN feedback. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Starke Winde von supermassiven schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien werden in Simulationen oft aktiviert, um beobachtete Eigenschaften wie z.B. das obere Massenende der Galaxienmassenfunktion zu reproduzieren. Obwohl mehrere Studien im vergangenen Jahrzehnt durchgeführt worden sind, um die Auswirkung der Rückkopplung von solchen aktiven galaktischen Kernen (AGN) sowohl bei geringen als auch bei hohen Rotverschiebungen aufzudecken, erbrachten Beobachtungen bislang noch keinen direkten und überzeugenden Nachweis ihrer Auswirkung auf die Muttergalaxie. Galaxien mit Rotverschiebungen 1<z<3 sind ideale Versuchsobjekte, um zu prüfen, welche Auswirkung Strahlungswinde auf die Muttergalaxie haben, da in diesem Zeitraum die volumengemittelte Akkretions rate der schwarzen Löcher maximal war. In der vorliegenden Arbeit werden zwei unabhängige Ansätze präsentiert, mit denen die strahlungsbedingte Rückkopplung von AGNs mit z~1.5 untersucht werden kann. Dabei werden die sog. Integral Field Spektroskopie im optischen und nah-infraroten Wellenlängenbereich (WiFeS and SINFONI) und die Spektroskopie von Submillimeterwellen (ALMA) verwendet. Die beiden Methoden untersuchen unterschiedliche Phasen des Gases innerhalb der Muttergalaxie des AGN und liefern daher komplementäre Informationen über den Zustand der interstellaren Materie (ISM). Mit der ersten Methode, den Beobachtungen mit SINFONI zeige ich, dass die ionisierten Ausflüsse von AGNs mit hohen Massenakkretionsraten ausgedehnt sind und sich über die gesamte Muttergalaxie ausbreiten (8-10 kpc). Aufgrund von großen systematischen Unsicherheiten -- in erster Linie bei der Bestimmung von Elektrondichten -- ist es jedoch eine große Herausforderung, die Quelle dieser Ausflüsse zu unterscheiden, da sie entsprechend aktueller theoretischer Modelle in gleichem Maße durch Sternentstehung oder einen AGN gespeist werden könnten. Basierend auf optischen IFU Beobachtungen von nahen AGN Muttergalaxien mit WiFeS präsentiere ich räumlich aufgelöste Karten der Elektronendichte, mit dem Ziel, die Dichtewerte in der sog. narrow line region einzugrenzen und damit die systematischen Unsicherheiten bei der Bestimmung der Ausflussstärke zu reduzieren. Bei der zweiten Methode werden ALMA CO(2-1) Beobachtungen von Galaxien verwendet, die auf der Hauptreihe von sternbildenden Galaxien liegen und einen AGN beherbergen. Die molekulare Gasmasse der AGN-Galaxien mit z~1.5 wird verglichen mit jener von Galaxien, die keinen AGN besitzen, aber ähnliche sternentstenungsraten und stellare Massen haben. Dabei zeigt sich, dass Galaxien mit einem AGN tendenziell einen geringeren Anteil an molekularem Gas haben und ihr Gas über einen kürzeren Zeitraum abbauen (Faktor von ~2) im Vergleich zu den Galaxien ohne AGN, was darauf hindeutet, dass die AGN-Rückkopplung eine Rolle spielt. Die in dieser Arbeit vorgestellten Beobachtungen zeigen, dass AGNs in der Lage sind, die Eigenschaften ihrer Muttergalaxie zu beeinflussen. Allerdings sollten zukünftige Beobachtungen konzipiert werden, um systematische Unsicherheiten zu reduzieren.