Schwarze Löcher und aktive galaktische Kerne

Aktive galaktische Kerne (AGN) werden nach aktuellem Verständnis von einer Akkretionsscheibe (AD) um ein supermassereiches Schwarzes Loch (SMBH) angetrieben. Eine breite Linienregion (BLR) umgibt die AD, und weiter außen befindet sich ein molekularer Staubtorus. Die BLR reagiert auf das starke und variable UV-/optische Kontinuum innerhalb sehr kurzer Zeitskalen und somit in kleinen Abständen (∼ 1 bis 250 Lichttage) von der AD. Diese geringe Entfernung macht es äußerst schwierig, den zentralen Antrieb von AGN aufzulösen, es sei denn, mehrere Radioteleskope werden kombiniert, um ein erdgroßes Detektorsystem zu schaffen, das die erforderliche hohe räumliche Auflösung erreicht. Neuere Entwicklungen in der Instrumentierung haben es ermöglicht, die AD und das BLR-System im speziellen Fall sehr naher aktiver Galaxien aufzulösen. (Gravity collaboration et al. 2018; Event Horizon Telescope collaboration et al. 2019). Es wird jedoch in absehbarer Zeit unmöglich sein, eine große Stichprobe entfernterer AGN aufzulösen. Hier kommt meine Arbeit ins Spiel. Um entferntere und größere Stichproben von Schwarzen Löchern zu untersuchen, müssen wir auf Methoden zurückgreifen, die nicht von der räumlichen Auflösung abhängen. Ich habe kürzlich die Methode der photometrischen Reverberationskartierung überarbeitet, um die Größen der BLR und der AD durch die Kombination von Schmalband- und Breitband-Bilddaten zu bestimmen.

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Ich habe optische und nahinfrarote Beobachtungen über mehrere Monate hinweg mit mehreren Teleskopen in Chile geplant und durchgeführt, um die Möglichkeiten zu erforschen, die Struktur der BLR aus photometrischen Überwachungsdaten abzuleiten. Durch den Einsatz von Breitband- und Schmalbandfiltern habe ich die Zeitverzögerung zwischen Variationen im Kontinuum und den H-Beta-/H-Alpha-Emissionslinien gemessen. Diese Zeitverzögerung wurde verwendet, um die Größe der breiten Linienregion zu bestimmen. Die Ergebnisse wurden im Kontext der bekannten Beziehung zwischen BLR-Größe und Leuchtkraft eingeordnet und das Potenzial dieser Methode zur Einschränkung kosmologischer Parameter diskutiert.

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Aus spektroskopischen Beobachtungen habe ich die Geschwindigkeitsdispersion der Emissionslinien berechnet und in Kombination mit der BLR-Größe die Massen supermassereicher Schwarzer Löcher bestimmt. Ich habe eine neue Methode entwickelt, um die Geometrie der BLR direkt aus photometrischen Daten zu modellieren, was die Bestimmung des geometrischen Skalierungsfaktors ermöglicht, der zur Einschränkung der realen Masse von Schwarzen Löchern in AGNs verwendet wird. Dabei habe ich starke Hinweise auf eine scheibenartige BLR-Geometrie gefunden und die Abweichungen von Seyfert-1-Galaxien von der Geschwindigkeitsdispersionsrelation zwischen SMBH und Bulge für ruhende Galaxien diskutiert.

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Ergebnisse veröffentlicht in:

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1. Pozo Nunez, F., Ramolla, M., Westhues, C., et al. 2012: Photometric reverberation mapping of 3C 120

2. Pozo Nunez, F., Westhues, C., Ramolla, M., et al. 2013: Size and disk-like shape of the broad-line region of ESO 399-IG20

3. Pozo Nunez, F., Haas, M., Ramolla, M., et al. 2014a: Modelling photometric reverberation data: a disk-like broad-line region and a potentially larger black hole mass for 3C120.

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Ich habe Studien zur Staub-Reverberation durchgeführt, um die Größe des Staubtorus von Seyfert-Galaxien zu bestimmen. Durch die Modellierung der optischen und nahinfraroten Lichtkurven habe ich ein neues Szenario vorgeschlagen, um die aktuelle Diskrepanz zwischen der beobachteten Zeitverzögerung und dem aus der optisch-UV-Luminosität abgeleiteten Staub-Sublimationsradius zu erklären. In diesem Szenario ist der Staubtorus geometrisch und optisch dick, sodass der Beobachter nur den vorderen Rand der Toruswand sieht. Dieser liegt näher am Beobachter als die Äquatorebene des Torus, was zu einer beobachteten verkürzten Verzögerung führt.

Ich untersuche simultane Beobachtungen der breiten Linienregion und der thermischen Staubemission, um das einheitliche Modell für Seyfert-Galaxien zu testen. Mit dem Spitzer-Weltraumteleskop/IRAC habe ich Daten bei 3,6 und 4,5 Mikrometern erhalten, um das Echo von kühlerem Staub und tief eingebettetem heißem Staub zu untersuchen, das im Fall eines optisch dichten Torus erwartet wird.

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Ergebnisse veröffentlicht in:

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1. - Pozo Nunez et al. 2014b: Dust reverberation-mapping of the Seyfert 1 galaxy WPVS48.

2. - Pozo Nunez, F., Ramolla, M., Westhues, C., et al. 2015a: The broad-line region and dust torus size of the Seyfert 1 galaxy PGC 50427

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Ich habe eine automatisierte photometrische Überwachung ausgewählter AGNs mit dem 46-cm- und dem 1-Meter-Teleskop des WISE-Observatoriums in Israel implementiert. Die Teleskope wurden mit Sloan r-, i-, z-Filtern sowie fünf Schmalbandfiltern bei 4300, 5200, 5700, 6200 und 7000 Å ausgestattet, um Variabilitätsstudien des zentralen Antriebs von AGNs durchzuführen. Ich habe eine Stichprobe von 27 AGNs (V < 17 mag) beobachtet, von denen einige aufgrund vorläufiger Kontinuums-Zeitverzögerungsmessungen aus früheren Arbeiten oder aufgrund bestehender Linien-Reverberationsmessungen aus der Literatur ausgewählt wurden, die eine gute Variabilität nahelegten.

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Erste Ergebnisse veröffentlicht in den Publications of the Astronomical Society of the Pacific (PASP):

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Automatized photometric monitoring of active galactic nuclei with the
46 cm telescope of the WISE observatory.  Click to Figure 8 of paper.

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Zweite Ergebnisse veröffentlicht in Nature:

Direct Evidence of non-disk optical continuum emission around an active black hole

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