Ionized and molecular gas studies to unveil AGN feedback Darshan Kakkad Mu¨nchen 2017 Ionized and molecular gas studies to unveil AGN feedback Darshan Kakkad Dissertation an der Fakulta¨t fu¨r Physik der Ludwig–Maximilians–Universita¨t Mu¨nchen vorgelegt von Darshan Kakkad aus Kollam, Indien Mu¨nchen, den 30 Mai, 2017 Erstgutachter: Prof. Dr. Andreas Burkert Zweitgutachter: Prof. Dr. Kirpal Nandra Tag der mu¨ndlichen Pru¨fung: 12 Juli, 2017 TomyFamily vi Contents Zusammenfassung xvii Abstract xix 1 Introduction 1 1.1 Theworldofgalaxies: Anoverview . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.2 ActiveGalacticNuclei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 Abriefhistory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Theblackholeparadigm . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.3 AUnifiedmodelofAGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3 HostgalaxiesofAGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1 BroadLineRegion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2 NarrowLineRegion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4 AGN-galaxyco-evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5 AGNfeedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.5.1 AGNfeedbackthroughsimulations . . . . . . . . . . . . 18 1.5.2 KineticAGNfeedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.5.3 RadiativeAGNfeedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.6 Observationaltools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.6.1 IntegralFieldSpectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.6.2 Sub-mmSpectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.7 ThesisOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2 TracingoutflowsinAGNforbiddenregionwithSINFONI 31 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2 Sampleselection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3 Observationsanddatareduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.4 Dataanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 viii CONTENTS 2.5 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5.1 XID178andXID5627 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.5.2 XID5330 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.5.3 XID54204 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6 Outflowproperties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.7 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.7.1 Outflowdetectionandselectionefficiency . . . . . . . . . 58 2.7.2 Sourceoftheoutflows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.7.3 Uncertaintiesintheestimates . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3 ElectrondensitiesinAGNNarrowLineRegionwithS7survey 71 3.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.2 ObservationsandDatareduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.3 Dataanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.3.1 Emissionlinefitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.3.2 Determinationofelectrondensities . . . . . . . . . . . . 77 3.4 ResultsandDiscussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.5 SummaryandConclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.6 SpectraofS7galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4 MoleculargasinAGNhosts 101 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2 Targetselection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4.3 ObservationsandDataanalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.4 ResultsandAnalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 4.4.1 MolecularmassfromCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 4.4.2 ObservedrelationsforAGNs . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.6 SummaryandConclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 5 ConclusionsandFutureprospects 127 5.1 Summaryofthisthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 5.2 Ongoingworkandfutureprospects . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 5.2.1 AreoutflowsremovingthemoleculargasfromAGNhost galaxies? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 5.2.2 Constrainingα inAGNhostgalaxies . . . . . . . . . . 130 CO 5.2.3 SUPERsurveytorevealradiativeAGNfeedback . . . . . 131 Contents ix 5.3 FinalRemarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 A Listofacronymsusedinthisthesis 137 Acknowledgments 154 x Contents