Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Astronomía / En la presente tesis estudio cómo el proceso de fragmentación afecta la formación de las semillas de agujeros negros supermasivos primordiales utilizando simulaciones cosmológicas hidrodinámicas. Éstos se caracterizan por habitar los centros de los cuásares más brillantes observados en épocas muy tempranas del Universo. Debido a las limitaciones observacionales y a la complejidad de las ecuaciones que gobiernan los fenómenos, las simulaciones computacionales resultan ser la mejor forma de entender como estas estructuras se formaron. En este trabajo se realizaron cincuenta simulaciones de baja resolución compuestas sólo de materia oscura con el fin de identificar los halos más prometedores para la formación de semillas masivas. Tres halos fueron elegidos con el fin de ser re-simulados con mayor resolución. El criterio de selección se basó en la rotación del halo y en la historia de fusión con otro halos. Lo anterior se realizó requiriendo que todos tuvieran una masa > 5 × 10⁷ Msun. Una vez escogidos los halos, se procedió a re-simularlos incluyéndose la física del gas, mayor resolución, y un fondo uniforme de radiación UV. Además se agregó un algoritmo para formar partículas sumidero, las cuales representan las estructuras no resueltas por el código. Los tres halos escogidos se re-simularon imponiendo dos condiciones de fondo UV: una de intensidad baja, J21 = 10, y otra de intensidad alta, J21 = 10000. Se observó que dos de las simulaciones bajo la influencia de un fondo de radiación UV de gran intensidad replicaron muy bien el modelo de colapso directo, en el cual el gas del halo colapsa directamente en un objeto muy masivo (> 10⁵ Msun). Estas simulaciones formaron una única partícula sumidero, la que alcanzó masas mayores a 10⁵ Msun hacia el final de la simulación. En ambos casos la tasa de acreción se mantuvo mayor a 0.1 Msun/yr durante todo el tiempo que se mantuvo corriendo la simulación y no se observó fragmentación en estos casos. Por el contrario, en la re-simulación de un halo formado como resultado de una gran cantidad de fusiones, una estructura espiral se formó en los 5 pársec centrales. Dicha estructura se fragmentó formando varias partículas sumidero. La primera que se formó alcanzó una masa cercana a los 10⁵ Msun, mientras que las demás alcanzaron masas intermedias entre 10³ Msun y 5 ×10⁴ Msun. Las simulaciones con un fondo de radiación UV de baja intensidad revelaron en todos los casos fragmentación y formación de varias partículas sumidero. En estos casos las partículas más masivas alcanzaron masas del orden de 10⁴ Msun, la cual es menor que en el caso anterior, pero sigue siendo relevante para la formación de semillas masivas. Como se formaron varias partículas sumidero en todos estos casos, éstas están más propensas a interactuar entre ellas, pudiendo fusionarse intensificando su tasa de acreción, lo cual efectivamente se observó. Finalmente se concluye que la fragmentación no es un impedimento para la formación de semillas masivas, y que la dinámica de los sistemas es relevante para la formación y evolución de las mismas. / FONDECYT regular 1181663 y Centro de Excelencia en Astrofísica y tecnologías afines(PFB-06) que incluye el uso del Cluster Geryon en el centro de Astro-Ingeniería UC. Powered@NLHP: Esta investigación fue parcialmente apoyada por la infraestructura de supercómputo del NLHPC (ECM-02)

Doctor en Ciencias, Mención Astronomía / El Survey de Transientes a Alta Cadencia (HiTS), fue creado con el propósito de descubrir y estudiar objetos transitorios con escalas de tiempo características entre horas y días, tales como, estrellas pulsantes, eclipsantes, explosivas, y variables estocásticas no estelares. Este survey representa una oportunidad única para explorar observaciones con \textit{entendue} grande y cadencias de observación cercanas a $0.1$ días utilizando nuevas herramientas computacionales para el análisis de grandes volúmenes de datos. Este trabajo sigue un enfoque de \textit{Ciencia de los Datos}: partiendo desde los datos sin procesar hasta el análisis y clasificación de fuentes variables. Hemos compilado un catálogo de $\sim$14 millones de fuentes detectadas y un catálogo de $\sim$2.5 millones de curvas de luz clasificadas según su variabilidad. La profundidad de observación típica de nuestro survey es de $24.2$, $24.3$, $24.1$ y $23.8$ magnitudes en las bandas \textit{u}, \textit{g}, \textit{r} e \textit{i}, respectivamente. En este trabajo presentamos la primera versión de los catálogos. Clasificamos las fuentes puntuales y estáticas extrayendo primero características de sus curvas de luz y luego aplicando un clasificador Random Forest. Para la clasificación utilizamos un conjunto de entrenamiento construido utilizando una combinación de cros referencia con catálogos públicos, inspección visual, transferencia de aprendizaje/aprendizaje activo, y datos aumentados sintéticamente. El modelo de clasificación consiste en varios clasificadores Random Forest organizados en un esquema jerárquico. La precisión del clasificador estimada en el conjunto de prueba es aproximadamente $97\%$. En los datos no etiquetados, $3\,485$ fuentes se clasificaron como variables, de las cuales $1\,321$ se clasificaron como periódicas. Los agujeros negros de masa intermedia (IMBH) ($ M_{BH}$$\sim$$10^{2-5} M_\odot$) son claves para el entendimiento de la formación de agujeros negros (BH) masivos. La población actual conocida de IMBH es pequeña, con algunos cientos de candidatos y solo unos pocos de ellos con una caracterización segura. En este trabajo proponemos una nueva metodología para seleccionar candidatos a IMBH utilizando análisis de variabilidad. Nuestro método de selección se centra en la variabilidad en la región nuclear de galaxias locales. IMBH activos acretando materia a bajas tasas muestran variabilidad a pequeñas amplitudes y en escalas de tiempo de horas. HiTS presenta una oportunidad única para realizar este tipo de búsqueda. Encontramos $\sim$500 galaxias que evidencian este tipo de variabilidad. Estimamos una fracción de ocupación del $4\%$ y una densidad de número superficial de $3$ grados$^{-2}$. Esto representa un aumento en un factor 40 en comparación con búsquedas anteriores basadas en técnicas espectrales. Nuestro método proporciona núcleos variables de galaxias que son candidatos para alojar IMBHs. Sin embargo, no se puede estimar la masa del BH a partir de nuestros datos. Para esto necesitaremos observaciones en rayos X y radio para confirmar la naturaleza AGN de nuestras fuentes y poder estimar su masa utilizando el plano fundamental de BH activos. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Conicyt, DAS, NLHPC, CMM & MAS

Doctor en Ciencias, Mención Astronomía / Here I present an in-depth study of the central region of active galactic nuclei oriented to improve current mass estimation methods of distant super massive black holes and to infer the physical properties of the gas in their vicinity. In the first chapter I briefly introduce the basic concepts and present the most relevant discoveries and problematics associated to the central topic of this thesis. Then, in the second chapter, I present new calibrations of the so called single epoch black hole mass estimation method. This method uses emission lines from the broad line region such as the Halpha, Hbeta and MgII low ionization lines, and the CIV high ionization line. The novelty of this work is the usage of simultaneous observations of these emission lines that prevents from possible variability effects. The latter was possible thanks to the observations of 39 quasars a $z\sim1.55$ using the X-Shooter spectrograph of the VLT telescope whose wide spectral coverage allows simultaneous mapping of the aforementioned emission lines. In addition to presenting new calibrations, the results of this study indicate that low ionization lines provide more accurate mass estimations than CIV as it was suggested by previous studies. In the third chapter, I examine the possibility of improving current \CIV -based mass estimates of super-massive black holes by testing the performance of some methods proposed in the literature, including a method proposed in this thesis. All these methods are based on correlations found using small samples of less than 100 objects. In order to quantify the statistical robustness of these methods, in this work I use the Sloan Digital Sky Survey quasar database out of which I extracted a sample of nearly 30000 objects. The results suggest that the methods studied here have a very limited effect on the improvement of \CIV-based mass estimations. Finally, in the fourth chapter, I study the effect of gas distribution of the broad line region on mass estimations. This is possible thanks to the comparison between masses obtained from the single epoch method and those obtained from the fitting the accretion disc spectral energy distribution to standard accretion disk models. The results indicate a strong dependence of the ratio between both mass estimates with the observed width of the broad emission lines.