Universität zu Köln

Bremer, Marcus (2014). Activity and Feeding in Nearby Low Luminosity Galactic Nuclei. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Throughout the last decades a number of correlations between the proper- ties of the supermassive black holes (SMBH) in the center of galaxies and their hosting galaxies have been found. This suggests that these compo- nents influence each other in their evolution. Especially the SMBHs, which accrete matter and reveal themselves as Active Galactic Nuclei (AGN), are suspected to have a major impact on the host galaxy. The so-called ‘pos- itive feedback’ of an AGN triggers star formation locally by outflows and jets. The ‘negative feedback’ manifests itself in the galaxy-wide quench- ing of star formation e.g. by the accretion of almost all the galaxy’s gas onto the SMBH. The ‘feeding’ of the SMBH is also considered to be re- sponsible for the degree of activity of the nucleus. The transport of matter from large distances to the direct vicinity of the nucleus, where the SMBH can accrete it on its own, requires the removal of almost all the matter’s angular momentum (∼ 99.9 %). How is the energy taken away from the mass? On large scales (kpc-scale) bars, spirals and other asymmetries in density are invoked, leading to the dissipation of energy and forcing the gas to lower its orbit. At the order of 100 pc nested bars and nuclear spi- rals take over. Eventually, at ∼ 10 pc, viscuous processes are suspected to bridge the final gap to the SMBH. However, these mechanisms are poorly understood, particularly on very small scales. To improve the understand- ing of different feeding mechanisms more observations are necessary. The Nuclei-of-Galaxies (NuGA) survey targets nearby low-luminosity galaxies using 12CO to pursue the topic of AGN feeding. In this thesis, complemen- tary optical integral field spectroscopic (IFS) data for three NuGA galaxies (NGC 5850, NGC 3626 and NGC 3627) is analysed. Though not selected for this property, they all show signs of interaction with other galaxies. Interactions provide a natural way to perturb the regmotion of gas in galaxies in such a way that they create mechanisms capable of transporting gas to the center. Indeed two out of three galaxies I present here have at least one bar. The data focuses on the circumnuclear area, showing the diverse kinematics of the gas. NGC 5850 shows a smaller bar surrounded by a ring and nested in the large scale bar. Deviations from circular motion can be found also found in NGC 3626. NGC 3627 displays signs of oval gas orbits combined with the influence of a nuclear bar and shocks. Additionally to the feeding topic, the special role of low-ionisation nuclear emission regions (LINERs) and their role in the AGN paradigm is studied exemplary with the observed galaxies. LINERs are often considered to be low-luminosity AGNs and have a characteristic spectrum. In this thesis I point out that other physical mechanisms exist which can produce a similar spectrum. Not every nucleus classed as a LINER is an AGN. With the here used observations, I emphasise the importance of carefully disentangling the dominant ionisation mechanisms and show how helpful spatially resolved spectroscopy (i.e. IFS) is. Indeed, at least in NGC 5850, but possibly also in NGC 3626, the influence of an AGN is likely to be negligible, although they are both considered as LINERs. There is a chance that these two galaxies are not active at all.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Aktivität und "Fütterung" naher niederleuchtkräftiger galaktischer Kerne German
Translated abstract:	Abstract Language Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde eine Anzahl Korrelationen gefunden, die die Eigenschaften supermassiver schwarzer Löcher (SMBH) in den Zentren von Galaxien in Beziehung zu den sie beherbergenden Galaxien setzen. Dies könnte eine gegenseitige Beeinflussung ihrer jeweiligen Evolution implizieren. Insbesondere die SMBHs, die Materie akkretieren und sich als aktive Galaxienkerne (AGN) zeigen, werden verdächtigt grossen Einfluss auf ihre Galaxie zu nehmen. Die sogenannte ‘positive Rückkopplung’ (‘positives Feedback’) von AGN initiiert lokale Sternentstehung durch Materieausflüsse und Jets. Die ‘negative Rückkopplung’(‘negatives Feedback’) zeigt sich in Form einer galaxieweiten Beendigung der Sternentstehungsaktivität, beispielsweise durch die Akkretion beinahe allen Gases auf das SMBH. Das ‘Füttern’ (‘Feeding’) von SMBH wird auch als Ursache für den Grad der Aktivität des Kerns ausgemacht. Der Transport von Materie aus grossen Entfernungen in die direkte Umgebung des Kerns, wo das SMBH selbstst ändig akkretieren kann, setzt die Neutralisierung des beinahe gesamten Drehimpulses der Materie voraus (∼ 99.9 %). Wie wird die Energie der Materie genommen? Auf grossen räumlichen Skalen (kpc) werden Balken, Spiralen und andere Dichteasymmetrien zur Begründung herangezogen, die zur Dissi- pation von Energie führen und damit das Gas in eine engere Umlaufbahn zwingen. In Grössenordnungen von 100 pc können dies verschachtelte Balken und nukleare Balken bewirken. Zuletzt, in Abständen von ∼ 10 pc, werden viskose Prozesse vermutet, um die letzte Kluft zum SMBH zu uberbrücken. Diese Mechanismen sind jedoch noch kaum verstanden, insbesondere auf kleinen Skalen. Zur Verbesserung des Verständnisses der verschiedenen Feedingprozesse sind weitere Beobachtungen notwendig. Die Studie ‘Nuclei-of-Galaxies’ (NuGA) beobachtet 12 CO in nahen und schwachleuchtenden Galaxien, um das Thema des AGN feeding zu verfolgen. In der vorliegenden Arbeit werden ergänzend optische und räumlich aufgeläste Spektroskopiedaten für drei NuGA Galaxien (NGC 5850, NGC 3626 und NGC 3627) analysiert. Obwohl es kein Kriterium für ihre Auswahl war, zeigen alle drei Galaxien Zeichen von Interaktion mit anderen Galaxien. Solche Wechselwirkungen stellen ein natürliches Mittel zur Störung der regelmässigen Bewegung des Gases dar, so dass Mechanismen zum Transport des Gases zum galaktischen Zentrum entstehen können. Tatsächlich haben zwei der drei hier vorgestellten Galaxien mindestens einen Balken. Die Daten konzentrieren sich auf die Kernregion und zeigen die vielfältige Kinematik des Gases. NGC 5850 besitzt einen kleineren Balken, der von einem Ring umgeben ist und in einen grossen Balken eingebettet ist. Abweichungen von der Kreisbewegung des Gases können auch in NGC 3626 gefunden werden. NGC 3627 zeigt Zeichen für ovale Umlaufbahnen des Gases in Kombination mit dem Einfluss eines nuklearen Balkens und mit Schocks. Zusätzlich zum Thema Feeding wird die spezielle Rolle von Galaxien mit Regionen niedrig-ionisierter nuklearer Emission (LINER), und ihre Rolle im AGN-Bild studiert. Dies wird examplarisch an den beobachteten Galaxien durchgeführt. LINER werden häufig zu den niedrigleuchtkräftigen AGN gezählt und besitzen ein charakteristisches Spektrum. In der vorliegenden Arbeit unterstreiche ich, dass weitere Prozesse existieren, die ein ähnliches Spektrum hervorrufen können. Nicht jeder Galaxienkern, der als LINER klassifiziert wurde, ist auch ein AGN. Mit den hier verwendeten Beobachtungsdaten unterstreiche ich die Wichtigkeit der sorgfältigen Trennung der dominanten Ionisationsmechanismen und ich zeige wie hilfreich räumlich aufgelöste Spektroskopie dabei ist. In der Tat, zumindest in NGC 5850, möglicherweise auch in NGC 3626, ist der Einfluss des AGN wahrscheinlich vernachlässigbar, obwohl beide als LINER klassifiziert wurden. Es besteht sogar die Möglichkeit, dass beide Galaxien ̈überhaupt nicht aktiv sind. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Bremer, Marcus marcus.bremer@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-57076
Date:	30 March 2014
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 galaxies; galactic nuclei; gas; emission lines; gas kinematic; stellar kinematic; bar; early-type galaxies; active galactic nuclei; AGN; fuelling; feeding; feedback English
Date of oral exam:	2 June 2014
Referee:	Name Academic Title Eckart, Andreas Prof. Dr. Labadie, Luca Prof. Dr. Saur, Joachim Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5708