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Supermassive black holes and their feedback effects in galaxy formation

Weinberger, Rainer

German Title: Superschwere schwarze Löcher und deren Rückkopplungs-Effekte auf die Galaxienentstehung

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Abstract

Supermassive black holes play a key role in modern galaxy formation research. They are conjectured to be present in almost all massive galaxies, and through the release of enormous amounts of energy triggered by gas accretion, they are able to substantially change the properties of the host galaxy. To which extent and how the interaction mechanisms work is an open question. In this thesis, I review the current state of galaxy formation research with a focus on cosmological simulations of structure formation as well as the basic theories of supermassive black holes as far as they are important for galaxy formation. Subsequently, I discuss a new model for black hole growth and feedback in cosmological simulations, along with its application in large cosmological volume simulations. I show how supermassive black holes affect the formation and evolution of their host galaxy as well as their own growth. Furthermore, I present a model for supermassive black hole jets in a galaxy cluster environment. Applying this model, I study the coupling between the jet and the surrounding intra-cluster gas.

Translation of abstract (German)

Superschwere schwarze Löcher spielen eine essenzielle Rolle in der heutigen Forschung zur Galaxienentstehung. Es wird vermutet, dass diese Objekte in fast allen massereichen Galaxien zu finden sind und durch die Freisetzung enormer Energiemengen bei der Gasakkretion die Eigenschaften der Galaxie signifikant verändern. In wie weit und durch welche Interaktions-Mechanismen dies geschieht ist jedoch unklar. In dieser Doktorarbeit fasse ich den aktuellen Forschungsstand zur Galaxienentstehung zusammen, wobei ich mich auf Simulationen zur kosmologischen Strukturentstehung und grundlegende Theorien zu superschweren schwarzen Löchern, soweit sie fu ̈r Galaxienentstehung von Bedeutung sind, beschränke. Anschließend beschreibe ich ein neues Modell fu ̈r das Wachstum superschwerer schwarzer Löcher sowie deren Rückkopplungs-Effekte auf das umgebende Gas in kosmologischen Simulationen und zeige, wie superschwere schwarze Löcher die Entstehung und Entwicklung von Galaxien, aber auch ihr eigenes Wachstum beeinflussen. Des Weiteren stelle ich ein Modell vor, welches zur Modellierung von Jets von superschweren schwarzen Löchern in Simulationen von Galaxienhaufen dient. Mit Hilfe dieses Modells untersuche ich den Effekt von Jets auf das umgebende Gas in Galaxienhaufen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Springel, Prof. Dr. Volker
Date of thesis defense: 17 January 2018
Date Deposited: 02 Feb 2018 11:05
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Black hole, Galaxy, Active galactic nucleus
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