Tesis para optar al grado de Doctora en Ciencias, Mención Astronomía / Los núcleos activos de galaxias o AGN por su sigla en inglés, se caracterizan por su continuo variable en el tiempo en cada banda de frecuencias en la que se han estudiado (Peterson, 2001). Sin embargo, aún no entendemos por completo los mecanismos que conducen a tales variaciones. En particular, no entendemos en detalle cómo se relaciona la variabilidad de AGN en diferentes longitudes de onda, y cómo las propiedades físicas del motor central están relacionadas con las propiedades de variabilidad del sistema. El principal objetivo de esta tesis es entender de mejor manera la física que hay detrás de la variabilidad de los AGN, y proporcionar una técnica de selección de AGN basada en su variabilidad, para así poder obtener muestras de AGN menos sesgadas, que nos permitan entender de mejor manera como se forman y como evolucionan estos objetos. En primer lugar, se realizó un estudio estadístico de la variabilidad infrarroja cercana (NIR) de AGN seleccionados por rayos X en el campo COSMOS, utilizando datos de UltraVISTA. En este trabajo, estudiamos las diferencias entre las propiedades de variabilidad de distintas poblaciones de AGN. Los resultados de este estudio fueron publicados en el artículo Sánchez et al. (2017), y son presentados en el capítulo 2. En segundo lugar, estudiamos la relación que hay entre las propiedades físicas de los AGN (como la masa del agujero negro central, su luminosidad y su taza de acreción) con las propiedades de variabilidad de estos objetos. En este estudio, encontramos que la amplitud de la variabilidad depende principalmente de la taza de acreción del objeto. Los resultados de este análisis fueron publicados en el artículo Sánchez-Sáez et al. (2018), y son presentados en el capítulo 3. En tercer lugar, realizamos una selección de candidatos a AGN, utilizando análisis de variabilidad y aprendizaje de maquinas. Nuestro método es capaz de seleccionar candidatos a AGN que no son normalmente encontrados por métodos tradicionales, que usan el color de los objetos para la selección. Los resultados de este estudio fueron enviados a la revista Astrophysical Journal Supplement , y son presentados en el capítulo 4. Finalmente, realizamos un mapeo de reverberación del toro de polvo, utilizando datos de UltraVISTA. En este trabajo calculamos el retraso temporal entre curvas de luz asociadas a emisión del disco y del toro de distintos AGN. A partir de nuestros resultados, concluimos que para objetos más distantes (0.5 < z < 1.2) no se observan las mismas correlaciones entre el retraso temporal y la luminosidad de los objetos obtenidas para objetos locales, lo cual se podría explicar por la existencia de granos de polvo más grandes en el toro de polvo de AGN lejanos. Los resultados de este estudio serán incluidos en un artículo que esta en preparación, y son presentados en el capítulo 5. / CONICYT Beca Doctorado Nacional año 2013 grant no. 21130441, y CONICYT-PFB-06

Doctor en Astronomía / La variabilidad de los núcleos activos de las galaxias (AGNs) es un fenómeno bien establecido, el cual puede ser observado en un amplio rango del espectro electromagnético; desde longitudes de onda en radio hasta los rayos-Gamma. La variabilidad de los AGNs ha sido utilizada como una herramienta para estimar algunas propiedades de los agujeros negros, como los tama nos de las regiones donde se origina la emisión y la masa de los agujeros negros. Sin embargo, los mecanismos que originan la variabilidad, o su conección con parámetros que gobiernan la física de los AGNs, son todavía áreas de investigación con preguntas abiertas. La propiedad de los AGNs de variar su luminosidad en función del tiempo parece ser una herramienta muy prometedora para seleccionarlos. Por ejemplo, Butler & Bloom (2011), Palanque-Delabrouille et al. (2011), y m´as recientemente Graham et al. (2014) han demostrado que utilizando la variabilidad de los QSOs como método de selección puede aumentar hasta en un 90% el número de candidatos a QSOs que presentan colores ópticos similares a los de las estrellas, y por lo tanto son QSOs muy difíciles de identificar utilizando solo fotometría óptica y los métodos de selección tradicionales. Con el objetivo de aportar al estudio de la variabilidad de los agujeros negros hemos desarrollado una búsqueda de AGNs. Dicha búsqueda monitorea, noche tras noche, campos extragalácticos que han sido observados y estudiados en prácticamente todo el espectro electromegnético. Para realizar el monitoreo se utilizó la cámara QUEST instalada en el telescopio ESO Schmidt en El Observatorio La-Silla. Este es uno de los telescopios Schmidt más grandes en el hemisferio austral, y esta situado en un sitio excelente caracterizado por buen seeing y cielos oscuros. Además, la cámara QUEST cubre una importante región del cielo (3.6◦ × 4.6◦), conviertiéndola en un instrumento ideal para este tipo de estudios. Como parte de esta tesis se caracterizo el instrumento. Lo que implica entender el sistema fotométrico y evaluar la calidad de la astrométria. Además, utilizando observaciones del campo COSMOS, obtenidas entre el 2010 y el 2012, se estudio la variabilidad óptica de fuentes de rayos-X ya identificados como AGNs. Se encontró que el 80% ±5% de los QSOs o AGNs de lineas anchas son variables, además de que un 21% ±8% de los AGNs de lineas angostas también presentan variabilidad óptica. Por otro lado, un 22% ±9% de las galaxias, detectadas en observaciones del satélite XMM-Newton en Rayos-X, muestran variabilidad. Finalmente, haciendo uso de la variabilidad óptica de los QSOs y de fotometría obtenida del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) se desarrollo y entreno un algoritmo basado en redes neuronales para seleccionar QSOs. De un total de 13, 740 objetos con fotometría del SDSS en el campo COSMOS, y observados en mas de 30 épocas por un periodo de más de 600 días con la cámara QUEST, se encontraron 341 candidatos a QSOs. De estos 106 ya han sido identificados spectroscópicamente por otros investigadores. Notablemente, se encontraron 109 candidatos con colores u − g >0.7 los cuales difícimente podrían ser identificados utilizando solo colores ópticos, debido a que sus colores ópticos son similares a los de las estrellas. Además, estos últimos candidatos son probablemente QSOs a z >2.5, como resultado se incremento significativamente el número de candidatos a alto redshift en esta región del cielo.

Doctor en Ciencias, Mención Astronomía / En el contexto del modelo de formacion jerárquico, las galaxias son esculpidas por una secuencia de colisiones y eventos de acreción. En algunas de estas colisiones los núcleos de cada galaxia migran a la región central del nuevo sistema y se fusionan, forman- do un nuevo núcleo virializado. Dentro de este nuevo núcleo los agujeros negros super masivos (SMBHs) de cada galaxia migran hacia el centro debido a la fricción dinámi- ca, formando un sistema binario de SMBHs. Entender la evolución de estas binarias es crucial ya que si la separacion de los SMBHs se reduce a un tamaño comparable con aGW ∼ 10−3 (MMBHs /10^6 M ) pc, entonces la binaria se convierte en una fuente intensa de ondas gravitacionales (GW) lo cual permite la coalescencia de los SMBHs en 10^10 años. Por lo tanto, si somos capaces de determinar que le ocurrirá a las binarias de SMBH después de una colisión de galaxias, seremos capaces de determinar la cantidad de fuentes intensas de GW en el Universo y comprenderemos mejor la evolución cósmica de la población de SMBHs. Si las galaxias involucradas en una colisión tienen una fracción de gas de al menos 1 %, esperamos que se forme un disco de gas masivo en el kiloparsec central del remanente de la colisón, con una masa ∼ 1 − 10 veces la masa de los SMBHs. Este gas puede extraer eficientemente el momento angular de la binaria, haciendo que su separación disminuya hasta un valor comparable con aGW , en una escala de tiempo del orden de 10^7 años. Sin embargo, si el gas no es capaz de redistribuir de manera eficiente el momento angular extraído de la binaria entonces se alejara de esta, generando un vacío de baja densidad (gap) alrededor de la binaria. En este caso la binaria entrara en un ré- gimen de contracción lenta cuya escala de tiempo es comparable con la edad del Universo. Motivado por este escenario, en esta tesis derivo un criterio analítico para determinar la formación de gap en estos sistemas, es decir, bajo que condiciones una binaria expe- rimentará una contracción rápida o una lenta. Las estimaciones derivadas de mi criterio son concordantes con los resultados de simulaciones numéricas de sistemas binaria/disco. Realice simulaciones numéricas de colisiones de galaxias para determinar la probabi- lidad de que se cumplan las condiciones para una contracción rapida de la binaria, en sistemas astrofísicos reales. En todas las simulaciones observe que la formación de un gap es poco probable. Estime que la formación de gap sería posible sólo si el gas tiene una velocidad turbulenta igual o menor a la del centro de galaxias espirales locales (10 km s^−1 ). Otra posibilidad sería que los SMBHs acreten una masa mayor al 2 % de la masa del núcleo de la galaxia remanente, lo que implica que los SMBHs deberían acretar a un ritmo mucho mayor que el derivado de observaciones. Además, use simulaciones numéricas para estudiar el efecto de la formación estrelar en la evolución dinámica de un par de SMBHs en la época pre-binaria y concluí que si la eficiencia de la formación estrelar cambia en un factor ∼ 20, entonces el tiempo de migración de los SMBHs cambia sólo en un factor 2. De mi resultados concluyo que es probable que las binarias de SMBHs experimenten una contracción rápida. Esto implica que el número de binarias de SMBHs en el Universo debiera ser muy bajo. Esta restricción es muy importante para la evolución de la población cósmica de SMBHs, el número esperado de binarias de SMBH en el Universo y la cantidad de fuentes de GW que esperamos observar con futuras misiones.