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Supermassive Black Holes and their Host Galaxies - Fundamental Scaling Relations

Läsker, Ronald

German Title: Supermassive Schwarze Löcher und ihre Heimatgalaxies - Grundlegende Skalenrelationen

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Abstract

The research presented in this thesis aims at improving the characterization of the scaling relations of the masses of central Supermassive Black Holes with bulge and total luminosities of their host galaxies. These scaling relations are significant for our understanding of the evolution of galaxies and the origins of Supermassive Black Holes. As part of this investigation, 35 galaxies with known central Black Hole mass were observed at near-infrared wavelengths. The obtained images were subjected to a thorough photometric analysis, which led to reliable bulge and total luminosities. As a result, it could be shown that the slope of the correlation between central Black Hole masses and bulge luminosities was previously overestimated. Further, it was found that the correlation with total luminosity is equally tight as the correlation with bulge luminosity. A linear regression method was devolped that enables extraction of more detailed information about the cosmic scatter in the scaling relations. In the last part of this thesis, a Black Hole mass was determined by means of dynamical modeling. The measured mass far exceeds the prediction from current scaling relations, thereby putting the universality of the scaling relations in question and principally opening up opportunities to better understand the physics of galaxy and Black Hole formation.

Translation of abstract (German)

Die in dieser Doktorarbeit pr¨asentierte Forschung hat zum Ziel, die Charakterisierung der Skalenrelationen zwischen den Massen von zentralen (Supermassiven) Schwarzen L¨ochern einerseits, und den Bulge- sowie Gesamtleuchtkr¨aften ihrer Heimatgalaxien andererseits, zu pr¨azisieren und zu erweitern. Diese Skalenrelationen sind f¨ur unser Verst¨andnis der Galaxienentwicklung und der Herkunft Supermassiver Schwarzer L¨ocher bedeutsam. Im Rahmen der durchgef¨uhrten Untersuchung wurden 35 Galaxien, in welchen die Masse des zentralen Schwarzen Loches jeweils bekannt ist, im nahinfraroten Wellenl¨angenbereich beobachtet. Die erhaltenen Bilddaten wurden einer sorgf¨altigen Analyse unterzogen, wodurch Bulgeund Gesamtleuchtkr¨afte zuverl¨assig bestimmt werden konnten. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass der lineare Anstieg der Korrelation zwischen Massen von Schwarzen L¨ochern und Bulgeleuchtkr¨aften bisher ¨ubersch¨atzt wurde. Weiterhin wurde ermittelt, dass die Korrelation mit den Gesamtleuchtkr¨aften ebenso signifikant ist wie jene mit Bulgeleuchtkr¨aften. Eine lineare Regressionsmethode wurde entwickelt, welche es erlaubt, detaillierte Kenntnisse ¨uber die kosmische Streuung der Skalenrelationen zu erhalten. Im letzten Teil der Arbeit wurde die Masse eines Schwarzen Loches mittels dynamischer Modellierung bestimmt. Die ermittelte Masse ¨ubertrifft die Voraussagen der Skalenrelationen bei weitem, wodurch deren universelle G¨ultigkeit in Frage gestellt wird, sich andererseits aber auch prinzipiell neue M¨oglichkeiten ergeben, zu einem physikalischen Verst¨andnis der Entstehung von Galaxien und Schwarzen L¨ochern zu gelangen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: van de Ven, Dr. Glenn
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 8 February 2013
Date Deposited: 30 Apr 2013 11:13
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Galaxie, Sternentwicklung, Schwarzes Loch, Astronomie
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