Universität zu Köln

Zuther, Jens (2007). Dissecting the host galaxies of Active Galactic Nuclei at high angular resolution. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF zuther_thesis_published.pdf Download (7MB)

Abstract

The work presented here is concerned with issues related to the interplay of galaxy structure and the accretion phenomenon onto supermassive black holes (SMBH), i.e. active galactic nuclei (AGN). There is statistical evidence for a coevolution of SMBHs and the galaxy bulges they reside in. The detailed knowledge of the involved physical processes, however, is still far from being satisfactory. In order to test and improve theoretical models of how this coevolution is arising, high angular resolution observations of the host galaxies of AGN are necessary. Imaging and spectroscopy of the innermost region of galaxies have the power to reveal information on the structure, the chemical composition, and the dynamics of stars and gas in the presence of an SMBH, and allow us to separate energetic signatures related either to star formation or to the accretion onto the SMBH. Considering such observations over cosmological distances (redshifts) -- i.e. looking into the past because of the finite light-travel time -- we are also able to assess evolutionary effects on the beforementioned properties. Such types of observations have now become possible with the advent of adaptive optics (AO) systems, which overcome the limitations of angular resolution imposed by the Earth's turbulent atmosphere. The first part of this thesis presents methods to derive samples of galaxies, suitable for high angular resolution studies. These samples are based on large area sky surveys at different wavelengths, since only panchromatic information allows us to select samples homogeneously for detailed follow-up observations. The main focus lies on visible (Sloan Digital Sky Survey) and X-ray (ROSAT All Sky Survey) wavelengths. Within the framework of the (German Astrophysical) Virtual Observatory [(GA)VO], such large databases can be mined efficiently. From a sample of X-ray bright AGN, near-infrared, AO-assisted, spatially-resolved spectroscopy of an AGN with SINFONI at the Very Large Telescope (European Southern Observatory, ESO) will be presented. In particular, the results show the importance of star formation/SMBH feedback in terms of nuclear outflows that have been uncertain from previous coarse multiwavelength survey observations. These observations of X-raying AGN will be complemented by the near-infrared imaging study of a high redshift (when the Universe was only about one quarter of its present age) AGN with ISAAC at the ESO VLT. The host galaxy of this bright AGN appears to be an example of the class of objects, known to be the progenitors of the population of present-day most massive elliptical galaxies. This places nuclear activity and and massive galaxies in an evolutionary context.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die hier vorgestellte Arbeit steht im Zusammenhang mit Fragen, die sich mit dem Wechselspiel zwischen der Struktur von Galaxien und dem Phänomen der Akkretion auf supermassive schwarze Löcher beschäftigen (d.h. aktive galaktische Kerne). Es existieren statistische Anhaltspunkte dafür, dass sich die supermassiven schwarzes Löcher und ihre assoziierten zentralen galaktischen Verdickungen (bulges) Hand in Hand entwickeln. Jedoch ist die genaue Kenntnis über die damit verbundenen physikalischen Vorgänge immer noch weitgehend unvollständig. Um theoretische Modelle, die sich mit dieser Problematik beschäftigen, zu testen und zu verbessern, sind räumlich hochauflösende Beobachtungen der umgebenden Galaxie und den in ihnen enthaltenen schwarzen Löchern notwendig. Abbildende und spektroskopische Untersuchungen der innersten Region von aktiven Galaxien erlauben es die chemische Zusammensetzung und die Dynamik von Sternen und Gas unter dem Einfluss des schwarzen Lochs detailliert zu studieren. Damit können die energetischen Signaturen der Sternentstehung und Akkretion voneinander getrennt und daraufhin in Beziehung gesetzt werden. Solche Beobachtungen, werden sie auf Galaxien mit immer größeren Rotverschiebungen angewandt, erlauben es, entwicklungsbedingte Eigenschaften der zuvor genannten Wechselwirkungen zu untersuchen. Mit Entwicklung der adaptiven Optik (AO) sind solche Arten von Beobachtungen Realität geworden. AO Systeme ermöglichen es, den negativen Einfluss der turbulenten irdischen Atmosphäre auf das Auflösungsvermögen von großen Teleskopen zu überwinden. Der erste Teil dieser Arbeit beschreibt die Methoden, mit denen man Stichproben von Galaxien bestimmen kann, die für AO unterstützte Beobachtungen geeignet sind. Diese Stichproben basieren auf Daten von großflächigen Himmelsdurchmusterungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen. Nur mit solchen panchromatischen Daten können Stichproben von interessanten Objekten, für detaillierte Folgebeobachtungen, homogen selektiert werden. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem im Optischen arbeitenden Sloan Digital Sky Survey und den Röntgenkatalogen des ROSAT All Sky Surveys. Im Rahmen des (German) Virtual Observatory können diese großen Kataloge effizient durchsucht werden. Im zweiten Teil werden Ergebnisse räumlich aufeglöster nah-infrarot Spektroskopie einer aktiven Galaxie mittels SINFONI am Very Large Telescope der europäischen Südstenwarte präsentiert. Diese Galaxie stammt aus einer Stichprobe, die, wie im ersten Teil beschrieben, hergeleitet wurde. Eines der wichtigen Resultate dieser Beobachtung ist die Erkenntnis der Präsenz von nuklearen Ausflüssen und ihres Einflusses auf das umgebende interstellare Medium. Solche Eigenschaften sind in den vorigen, gröberen Vermessungen unentdeckt gewesen. Komplementär zu den Ergebnissen des zweiten Teils werden im dritten Teil nah-infrarot Beobachtungen einer hoch rotverschobenen (als das Universum nur ein Viertel seines jetzigen Alters hatte) aktiven Galaxie. Diese erscheint als ein Beispiel der Klasse von Galaxien, die als Vorgänger der heutigen massiven elliptischen Galaxien geführt werden. Damit wird auch eine evolutionäre Brücke zwischen aktiven Galaxien und massiven passiven Galaxien geschlagen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Zuther, Jens zuther@ph1.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-21872
Date:	2007
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute of Physics I
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Near-infrared , adaptive optics , AGN , galaxy individual Mrk 609 , Virtual Observatory , ROSAT , SDSS English
Date of oral exam:	30 October 2007
Referee:	Name Academic Title Eckart, Andreas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2187