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A high precision mass measurement of the central black hole in the massive elliptical galaxy NGC 2513 with ALMA molecular gas dynamics
Shelley-Anne Deborah Harrisberg
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Sabine Thater
DOI
10.25365/thesis.79257
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-25166.53315.670028-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Supermassive schwarze Löcher (SMBHs) befinden sich in den Zentren der meisten Galaxien. Mit Massen im Bereich von 10⁵ −10¹⁰ M⊙ ist ihr Gravitationspotenzial beträchtlich, doch dies erstreckt sich nur über den innersten Bereich der Galaxie. Es gibt trotzdem mehrere empirische Korrelationen zwischen SMBHs und verschiedenen Eigenschaften ihrer Muttergalaxien, die weit über den Einflussbereich des SMBHs hinausreichen. Dies lässt auf eine Art Koevolution schließen. Die stärkste dieser Korrelationen ist die Skalierungsbeziehung zwischen der Masse des SMBH und der effektiven stellaren Geschwindigkeitsdispersion M_BH − σ∗. Um diese Korrelationen besser zu verstehen und somit einen umfassenderen Einblick in die Evolution der Galaxien zu erhalten, ist ein großer und robuster Datensatz von SMBH Massenmessungen erforderlich, insbesondere im Bereich niedriger und hoher Massen, wo es noch relativ wenige Messungen gibt. In dieser Arbeit stelle ich die Ergebnisse der ersten Massenmessung des SMBH in der massereichen elliptischen Galaxie NGC 2513 vor. Die Messung wurde mit der Methode der kalten molekularen Gasdynamik unter Verwendung von hochauflösenden Beobachtungen des Atacama Large Millimetre/sub-millimetre Array (ALMA) durchgeführt. Zunächst modelliere ich die Leuchtmasse der Galaxie, indem ich die Multi-Gauß‘sche Expansionsmethode (MGE) auf ein hochauflösendes Bild der Galaxie des Hubble Space Telescope (HST) anwende. Dann reduziere ich die ALMA-Daten mit dem CASA-Paket (Common Astronomy Software Applications), um einen Datacube zu erhalten, der in die KINematic Molecular Simulation (KinMS)-Routinen zur Modellierung der molekularen Gasdynamik in einem Bayes’schen Rahmen eingespeist werden kann. Ich erhalte eine Best-Fit-Messung für die SMBH-Masse von (1.23 +0.14 −0.23) × 10⁹ M⊙ und eine entsprechende J-Band Masse-Leuchtkraft-Beziehung M/L von 2.00 +1.82 −1.15 M⊙/L⊙,J , beide auf dem Konfidenzniveau von 68%. Die Massenmessung ist konsistent mit der M_BH − σ∗-Relation und liegt gut innerhalb der Streuung. Als erste SMBH-Massenmessung, die an dieser Galaxie durchgeführt wurde, stellt dieses Ergebnis einen wichtigen Beitrag zur Datenbank der SMBH-Massenmessungen im Allgemeinen dar, und darüber hinaus zur wachsenden Anzahl von Messungen, die mit kalter Molekulargasdynamik durchgeführt wurden.
Abstract
(Englisch)
Supermassive black holes (SMBHs) have been found to exist in the centres of most galaxies. With masses in the range of 10⁵ −10¹⁰ M⊙ their gravitational potential is significant, yet it extends only over the innermost region of the galaxy. Despite this, there exist several empirical correlations between SMBHs and various properties of their host galaxies that extend well beyond the SMBH’s sphere of influence, thereby suggesting some form of co-evolution. The strongest of these is the scaling relation between the SMBH mass and effective stellar velocity M_BH − σ∗. In order to better understand these correlations and thus gain greater insight into galaxy evolution, a large and robust dataset of SMBH mass measurements is required, particularly in the low- and high-mass regime where measurements are still relatively few. In this thesis, I present the results of the first mass measurement of the SMBH in the massive elliptical galaxy NGC 2513. The measurement is obtained via the method of cold molecular gas dynamics using high-resolution observations from the Atacama Large Millimetre/sub-millimetre Array (ALMA). I first model the luminous mass of the galaxy by applying the multi-Gaussian expansion (MGE) method on a high-resolution Hubble Space Telescope (HST) image of the galaxy. I then image the ALMA data with the Common Astronomy Software Applications (CASA) package to obtain a velocity cube that can be fed into the KINematic Molecular Simulation (KinMS) routines for forward modelling in a Bayesian framework of the molecular gas dynamics. I obtain a best-fit measurement for the SMBH mass of (1.23 +0.14 −0.23) × 10⁹ M⊙ and corresponding J-band mass-to-light ratio M/L of 2.00 +1.82 −1.15 M⊙/L⊙,J , both at the 68% confidence level. The mass measurement is consistent with the M_BH −σ∗ relation, lying well within the scatter. As the first SMBH mass measurement to be conducted on this galaxy, this result presents an important contribution to the database of SMBH mass measurements in general and, moreover, to the growing sample of measurements conducted with cold molecular gas dynamics.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
extragalaktische Astronomie Supermassive schwarze Löcher Galaxie Evolution Radioastronomie molekulare Gasdynamik Skalierungsbeziehungen
Schlagwörter
(Englisch)
extra-galactic astronomy supermassive black holes galaxy evolution radio astronomy molecular gas dynamics scaling relations
Autor*innen
Shelley-Anne Deborah Harrisberg 
Haupttitel (Englisch)
A high precision mass measurement of the central black hole in the massive elliptical galaxy NGC 2513 with ALMA molecular gas dynamics
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xiv, 122 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sabine Thater
Klassifikation
39 Astronomie > 39.41 Extragalaktische Systeme. Galaxien
AC Nummer
AC17638973
Utheses ID
77039
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |