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status_changed: 2012-08-15 09:04:24
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Khan, Fazeel Mahmood
title: Dynamics and Evolution of Supermassive Black Holes in Merging Galaxies
title_de: Dynamik und Evolution von supermassereichen schwarzen Löchern in verschmelzenden Galaxien
ispublished: pub
subjects: ddc-520
divisions: i-714100
adv_faculty: af-13
keywords: Gravitationswellen , Dynamische ReibungSupermassive Black Hole , Galaxy Centers , Galaxy Mergers , Gravitational Waves , Dynamical Friction
cterms_swd: Schwarzes Loch
cterms_swd: Galaxie
cterms_swd: Doppelgalaxie
cterms_swd: Gravitation
abstract: In vielen Galaxienzentren werden Supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) detektiert. Ihre Massen korrelieren mit unterschiedlichen Eigenschaften dieser Galaxien, was als enge Verbindung in der Entwicklung der SMBHs und Galaxien interpretiert werden kann. Im Bild der hierarchischen Galaxienentstehung erfordert diese enge evolutionäre Koppelung ein schnelles Verschmelzen von Doppel-SMBHs, vermutlich verursacht durch dynamische Reibung, die Wechselwirkungen des Doppelsystems mit Sternen bzw. Gas und im finalen Stadium durch Abstrahlung von Gravitationswellen. Würden die Doppel-SMBHs schneller als in einer Hubble-Zeit verschmelzen, wären sie eine vielversprechende Quelle von  Gravitationswellen für die entsprechenden Detektoren. Jedoch wird vermutet, dass die Entwicklung der Doppel-SMBHs bei Abständen von ungefähr einem Parsec zum Erliegen kommt. Dieser Effekt wird manchmal auch als "Finales Parsec Problem" (FPP) bezeichnet. In dieser Arbeit nutzen wir N-Körper-Simulationen für eine erweiterte Beschreibung des Herabsinkens von SMBHs als Folge dynamischer Reibung. Mit einer Vielzahl von N-Körper-Simulationen zeigen wir, dass das FPP in Galaxien, die durch Verschmelzungen entstehen, nicht auftritt. Die Abweichung von der Kugelsymmetrie der aus der Verschmelzung neu gebildeten Galaxie sorgt für einen kontinuierlichen Nachschub an Sternen, die mit dem SMBH-Doppelsystem wechselwirken. Auf dem Weg zu ihrer eigenen Verschmelzung schleudern die Doppel-SMBHs Sterne mit einem Vielfachen ihrer eigenen Masse aus der Galaxie heraus, wodurch sich flache Dichteprofile bilden, wie sie häufig in elliptischen Galaxien beobachtet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen kosmologische Szenarien, in welchen das rasche Verschmelzen von SMBHs üblicherweise sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Rotverschiebungen nach einer Galaxienverschmelzung eintritt und in denen Doppel-SMBHs eine vielversprechende Quelle von Gravitationswellen sind.
abstract_translated_text: Supermassive black holes (SMBHs) are ubiquitous in galaxy centers and are correlated with their hosts in fundamental ways, suggesting an intimate link between SMBH and galaxy evolution. In the paradigm of hierarchical galaxy formation this correlation demands prompt coalescence of SMBH binaries, presumably due to dynamical friction, interaction of stars and gas with the binary and finally due to gravitational wave emission. If they are able to coalesce in less than a Hubble time, SMBH binaries will be a promising source of gravitational waves for gravitational wave detectors. However, it has been suggested that SMBH binaries may stall at a separation of 1 parsec. This stalling is sometimes referred to as the Final Parsec Problem (FPP)''. This study uses N-body simulations to test an improved formula for the orbital decay of SMBHs due to dynamical friction. Using a large set of N-body simulations, we show that the FPP does not occur in galaxies formed via mergers. The non spherical shape of the merger remnants ensures a constant supply of stars for the binary to interact with. On its way to coalescence, the SMBH binary ejects several times its total mass in stars and leads to the formation of the cores observed at the center of giant ellipticals. The results of this study also support a cosmological scenario where the prompt coalescence of SMBHs following galaxy mergers is common and where SMBH binaries are promising sources of gravitational waves at low and high redshifts. 
abstract_translated_lang: eng
class_scheme: pacs
class_labels: 98.62.Js, 97.60.Lf, 98.65.Fz
date: 2012
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00013075
portal_cluster_id: p-zah
portal_order: 13075
ppn_swb: 1651268037
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-130751
date_accepted: 2012-01-25
advisor: HASH(0x55fc36c80298)
language: eng
bibsort: KHANFAZEELDYNAMICSAN2012
full_text_status: public
citation:   Khan, Fazeel Mahmood  (2012) Dynamics and Evolution of Supermassive Black Holes in Merging Galaxies.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/13075/1/phd.pdf