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status_changed: 2021-08-05 10:42:19
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Avramov, Branislav
title: Dynamical evolution of massive black holes in galactic nuclei
title_de: Dynamische Entwicklung massereicher schwarzer Löcher in galaktischen Kernen
subjects: ddc-520
subjects: ddc-530
divisions: i-130700
adv_faculty: af-13
cterms_swd: Schwarzes Loch
abstract: A B S T R AC T
In this work, I investigate the dynamical evolution of supermassive black hole (SMBH) binaries
and triples using high-resolution N -body simulations. Starting from cosmological initial condi-
tions, I characterize the effects of stellar dynamics on the formation and evolution of SMBH
binaries. I perform numerical tests and benchmarks of the novel N -body code φ-GRAPE-hybrid
and discuss how numerical parameters affect the evolution of SMBH binaries. I then simulate
a hard SMBH binary system embedded in a triaxial and gas-poor galaxy merger remnant. I
investigate the properties of loss cone stars that interact strongly with the SMBH binary and
find that the summed energy changes of these stars match very well with the overall binary
energy change, demonstrating that stellar interactions are the primary drivers of SMBH binary
hardening in triaxial, gas-poor systems. I also investigate the orbital and phase-space properties
of these stars and distinguish three different populations based on their apocenter. Then, I
investigate the population of SMBH triple systems in the IllustrisTNG100-1 cosmological
simulation. Using the tree code bonsai2 , I perform zoom simulations of six of these triple
SMBH candidates. I then present the orbital evolution of the black holes following the mergers
of their host galaxies and examine prospects for their coalescence.
abstract_translated_text: In der vorliegenden Arbeit untersuche ich mithilfe hochauflösender N -Körper-Simulationen
die dynamische Entwicklung supermassereicher Schwarzer Löcher (engl. " supermassive black
hole", kurz "SMBH") in Binär- und Dreifachsystemen. Ausgehend von kosmologisch mo-
tivierten Anfangsbedingungen charakterisiere ich die Auswirkungen der stellaren Dynamik auf
die Entstehung und Entwicklung von SMBH-Binärsystemen. Ich führe numerische Tests sowie
Benchmarks-Tests des neuartigen φ-GRAPE-Hybrid-N -Körper-Codes durch und diskutiere,
wie numerische Parameter die Entwicklung von SMBH-Binärsystemen beeinflussen. Dann
simuliere ich ein hartes SMBH-Binärsystem, das in einem triaxialen und gasarmen Überrest
einer Galaxienverschmelzung eingebettet ist. Ich untersuche die Eigenschaften von Sternen
im Verlustkegel, die stark mit dem SMBH-Binärsystem wechselwirken und finde, dass die
summierten Energieänderungen dieser Sterne sehr gut mit der gesamten Energieänderung des
Binärsystems übereinstimmen, was zeigt, dass stellare Wechselwirkungen die Haupteinflussfak-
toren für die Schrumpfung von SMBH-Binärsystemen in triaxialen, gasarmen Galaxien sind.
Ich untersuche auch die Bahn- und Phasenraumeigenschaften dieser Sterne und unterscheide
drei verschiedene Populationen basierend auf ihrem Apozentrum. Im letzten Teil der Ar-
beit untersuche ich dann die Population von SMBH-Dreifachsystemen in der kosmologischen
Simulation "IllustrisTNG100-1". Unter Verwendung des Baum-Codes bonsai2 führe ich Zoom-
Simulationen von sechs dieser SMBH-Dreifach-Kandidaten durch. Anschließend stelle ich die
orbitale Entwicklung der Schwarzen Löcher nach der Verschmelzung ihrer Wirtsgalaxien dar
und untersuche die Aussichten für ihre Verschmelzung.
abstract_translated_lang: ger
date: 2021
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00030305
ppn_swb: 1767416067
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-303056
date_accepted: 2021-07-22
advisor: HASH(0x55fc36d05650)
language: eng
bibsort: AVRAMOVBRADYNAMICALE2021
full_text_status: public
place_of_pub: Heidelberg
citation:   Avramov, Branislav  (2021) Dynamical evolution of massive black holes in galactic nuclei.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/30305/1/Avramov_phd_thesis.pdf