Les systemes de raies d'absorption observes a haute resolution dans le spectre des quasars sont des outils puissants pour etudier le gaz baryonique dans l'Univers et son evolution. Tandis que les nuages de gaz diffus du milieu intergalactique, la foret Lyman-alpha, dominent la densite de masse des baryons a grand decalage spectral, les systemes d'absorption Lyman-alpha lorentziens de grandes densites de colonne en hydrogene neutre dominent la densite de masse du gaz neutre a tout decalage spectral. Ces derniers sont probablement associes a des etapes-cles de la formation et de l'evolution des galaxies. Dans cette these, je presente des travaux dont l'objectif est de mieux cerner les proprietes physiques et de contraindre la nature des systemes lorentziens. Apres une introduction et une revue detaillee de nos connaissances dans le domaine, je decris ma propre analyse des abondances chimiques et de la cinematique du gaz neutre a grand decalage spectral. Je fais ensuite le lien entre ces objets et l'identification optique des galaxies responsables de l'absorption a decalage spectral intermediaire en etudiant plus particulierement l'histoire nucleosynthetique du gaz et la possibilite de l'existence de poussieres a z_abs plus petit que 1.7. L'application des techniques de la spectroscopie integrale de champ m'a en outre permis de rechercher l'emission Lyman-alpha des regions de formation d'etoiles associees aux systemes lorentziens de decalages spectraux les plus grands, emission que j'interprete dans le cadre de plusieurs modelisations originales. La derniere partie de la these est dediee au projet d'etude de l'association de la foret Lyman-alpha avec les grandes structures et les halos galactiques de notre Univers local, et je presente dans ce contexte les resultats d'un releve efficace de quasars brillants situes a l'arriere-plan de l'amas de galaxies de Coma.

After the epoch of reionisation the intergalactic medium (IGM) is kept at a high photoionisation level by the cosmic UV background radiation field. Primarily composed of the integrated contribution of quasars and young star forming galaxies, its intensity is subject to spatial and temporal fluctuations. In particular in the vicinity of luminous quasars, the UV radiation intensity grows by several orders of magnitude. Due to an enhanced UV radiation up to a few Mpc from the quasar, the ionised hydrogen fraction significantly increases and becomes visible as a reduced level of absorption in the HI Lyman alpha (Ly-alpha) forest. This phenomenon is known as the proximity effect and it is the main focus of this thesis. Modelling the influence on the IGM of the quasar radiation, one is able to determine the UV background intensity at a specific frequency (J_nu_0), or equivalently, its photoionisation rate (Gamma_b). This is of crucial importance for both theoretical and observational cosmology. Thus far, the proximity effect has been investigated primarily by combining the signal of large samples of quasars, as it has been regarded as a statistical phenomenon. Only a handful of studies tried to measure its signature on individual lines of sight, albeit focusing on one sight line only. Our aim is to perform a systematic investigation of large samples of quasars searching for the signature of the proximity effect, with a particular emphasis on its detection on individual lines of sight. We begin this survey with a sample of 40 high resolution (R~45000), high signal to noise ratio (S/N~70) quasar spectra at redshift 2.1<z<4.7, publicly available in the European Southern Observatory (ESO) archive. The extraordinary quality of this data set enables us to detect the proximity effect signature not only in the combined quasar sample, but also along each individual sight line. This allows us to determine not only the UV background intensity at the mean redshift of this sample, but also to estimate its intensity in small (Delta z~0.2) redshift intervals in the range 2<z<4. Our estimates (J_nu_0~ 3x10^{-22} erg s^{-1} cm^{-2} Hz^{-1} sr^{-1}) are for the first time in very good agreement with different constraints of its evolution obtained from theoretical predictions and numerical simulations. We continue this systematic analysis of the proximity effect with the largest search to date invoking the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) data set. The sample consists of 1733 quasars at redshifts z>2.3. In spite of the low resolution and limited S/N we detect the proximity effect on about 98% of the quasars at a high significance level. Thereby we are able to determine the evolution of the UV background photoionisation rate within the redshift range 2<z<5 finding Gamma_b~ 1.6x10^{-12} s^{-1}. With these new measurements we explore literature estimates of the quasar luminosity function and predict the stellar luminosity density up to redshift of about z~5. Our results are globally in good agreement with recent determinations inferred from deep surveys of high redshift galaxies. We then compare our measurements on the UV background photoionisation rate inferred from the two samples at high and low resolution. While these data sets show extreme differences, our determinations are in considerable agreement at z<3.3, even though they show less agreement at higher redshifts. We suspect that this may be caused by either the small number of high resolution quasar spectra at the highest redshifts considered or by some systematic effect due to the limited data quality of SDSS. Complementary to the observational investigation of the proximity effect on high redshift quasars, we exploit some theoretical aspects linked to and based on the results on this phenomenon. We employ complex numerical simulations of structure formation to achieve a better representation of the Ly-alpha forest. Modelling the signature of the proximity effect on randomly selected sight lines, we prove the advantages of dealing with individual lines of sight instead of combining their signal to investigate this phenomenon. Furthermore, we develop and test novel techniques aimed at a more precise determination of the proximity effect signal. With this investigation we demonstrate that the technique developed and employed in this thesis is the most accurate adopted thus far. Tighter determinations of the UV background are certainly based on suitable methods to detect its signature, but also on a deeper understanding of the environments in which quasars form and evolve. We initiate an investigation of complex numerical simulations including the radiative transport of energy to model in a more detailed way the proximity effect. Such a simulation may lead to the characterisation of the quasar environment based on the comparison between the observed and simulated statistical properties of the proximity effect signature. / Nach dem kosmologischen Zeitalter der Reionisation wird der hohe Photoionisationsgrad des intergalaktische Mediums (IGM) durch die kosmische UV-Hintergrundstrahlung aufrecht erhalten. Zur Intensitaet der Hintergrundstrahlung tragen hauptsaechlich Quasare und jungen Galaxien bei. Daher entstehen sowohl raeumliche als auch zeitliche Fluktuationen, wobei die Intensistaet insbesondere in der Naehe von leuchtkraeftigen Quasaren um mehrere Groessenordnungen ansteigt. Aufgrund der erhoehten UV-Strahlung in einer Entfernung von bis zu einigen Mpc von einem Quasar wird ein groesserer Anteil des intergalaktischen Wasserstoffs ionisiert, was als reduzierte Absorption im Lyman alpha (Ly-alpha) Wald sichtbar wird. Dieses Phaenomen wird proximity effect genannt und ist das Hauptthema dieser Arbeit. Durch Modellierung des Einflusses des Quasars auf das IGM kann die Intensitaet des UV-Hintergrunds bei einer bestimmten Frequenz (J_nu_0) bzw. die entsprechende Photoionisationrate (Gamma_b) bestimmt werden. Dies ist sowohl fuer die theoretische als auch fuer die beobachtende Kosmologie eine wichtige Groesse. Bisher wurde der Proximity-Effekt als ein statistisches Phaenomen untersucht, wobei die Signale vieler einzelner Quasare kombiniert wurden. Nur in wenigen Analysen wurde versucht, den Effekt in einzelnen Sehlinien zu detektieren. Das Ziel dieser Arbeit ist eine systematische Untersuchung des Proximity-Effekts in einer grossen Anzahl von Quasaren, wobei der besonderen Schwerpunkt auf seiner Detektion in einzelnen Sehlinien liegt. Zunaechst werden 40 Quasare im Rotverschiebungsbereich 2.1<z<4.7 untersucht, deren Spektren mit hoher Aufloesung (R=45000) und hohem Signal-zu-Rausch-Verhaeltnis (S/N~70) im Archiv des European Southern Observatory (ESO) vorliegen. Die ausserordentlich gute Qualitaet dieser Daten ermoeglicht die Detektion des Proximity-Effekts nicht nur als kombiniertes Signal aller Quasare sondern auch in jeder einzelnen Sehlinie. Daher konnten wir nicht nur die Intensitaet des UV-Hintergrunds bei der mittleren Rotverschiebung ermitteln sondern auch in kleineren Rotverschiebungsintervallen (Delta z~0.2) im Bereich 2<z<4. Unsere Ergebnisse (J_nu_0}~3x10^{-22} erg s^{-1} cm^{-2} Hz^{-1} sr^{-1}) stimmen zum ersten Mal gut anderen Bestimmungen ueberein, die auf theoretischen Voraussagen und auf numerischen Simulationen beruhen. Unsere systematische Analyse des Proximity-Effekts wird mit dem bisher groessten Datensatz bestehend aus 1733 Quasaren mit Rotverschiebungen z>2.3 aus dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) fortgefuehrt. Trotz der niedrigen Aufloesung und dem begrenzten S/N detektieren wir den Proximity-Effekt mit einer hohen Signifikanz in etwa 98% der Sehlinen. Dabei kann die Entwicklung der Photoionisationsrate Gamma_b~1.6x10^{-12} s^{-1} im Rotverschiebungsbereich 2<z<5 bestimmt werden. Mit diesen neuen Messungen diskutieren wir verschiedene Quasar-Leuchtkraftfunktionen aus der Literatur und berechnen die stellare Emissivitaet bis z~5. Unsere Ergebnisse stimmen im Allgemeinen gut mit denen von neueren Himmelsdurchmusterungen nach hochrotverschobenen Galaxien ueberein. Dann vergleichen wir die auf den hoch bzw. niedrig aufgeloesten Spektren basierenden Photoionisationsraten miteinander. Obwohl die Datensaetze sehr unterschiedlich sind, fuehren sie bei z<3.3 zu den selben Ergebnissen, waehrend die Resultate bei hoeheren Rotverschiebungen weniger gut uebereinstimmen. Wir vermuten, dass dies entweder durch die kleine Anzahl von hochaufgeloesten Quasarspektren bei den hoechsten Rotverschiebungen, oder durch systematische Effekte der geringen SDSS Datenqualitaet hervorgerufen wird. Ergaenzend zu der Auswertung der Beobachtungsdaten fuehren wir basierend auf unseren Ergebnissen einige theoretische Untersuchugen durch. Wir benutzen komplexe Strukturbildungssimulationen, um eine bessere Beschreibung des Ly-alpha-Walds zu gewinnen. Mit Hilfe der Modellierung des Proximity-Effekts in zufaellig ausgesuchten Sehlinien zeigen wir den Vorteil auf, den die Analyse einzelner Sehlinien im Vergleich zur kombinierten Auswertung mehrerer Spektren hat. Ausserdem entwickeln und testen wir neue Ansaetze zur genaueren Bestimmung des Proxmity-Effekts. Dabei zeigen wir, dass die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte und angewendete Methode bisher zu den genauesten Ergebnissen fuehrt. Fuer eine noch bessere Bestimmung des UV-Hintergurnds brauchen wir neben der optimalen Detektionsmethode auch ein tieferes Verstaendnis der Umgebung, in der Quasare entstehen und sich entwickeln. Wir beginnen eine Analyse komplexer numerischer Simulationen, die auch Strahlungstransportrechungen beinhalten, um weitere Details des Proximity-Effekts zu verstehen. Der Vergleich der statistischen Eigenschaften des Proximity-Effekts in solchen Simulationen mit Beobachtungen koennte in Zukunft zu einer genaueren Beschreibung der Umgebung von Quasaren fuehren.

Supermassive black holes are a fundamental component of the universe in general and of galaxies in particular. Almost every massive galaxy harbours a supermassive black hole (SMBH) in its center. Furthermore, there is a close connection between the growth of the SMBH and the evolution of its host galaxy, manifested in the relationship between the mass of the black hole and various properties of the galaxy's spheroid component, like its stellar velocity dispersion, luminosity or mass. Understanding this relationship and the growth of SMBHs is essential for our picture of galaxy formation and evolution. In this thesis, I make several contributions to improve our knowledge on the census of SMBHs and on the coevolution of black holes and galaxies. The first route I follow on this road is to obtain a complete census of the black hole population and its properties. Here, I focus particularly on active black holes, observable as Active Galactic Nuclei (AGN) or quasars. These are found in large surveys of the sky. In this thesis, I use one of these surveys, the Hamburg/ESO survey (HES), to study the AGN population in the local volume (z~0). The demographics of AGN are traditionally represented by the AGN luminosity function, the distribution function of AGN at a given luminosity. I determined the local (z<0.3) optical luminosity function of so-called type 1 AGN, based on the broad band B_J magnitudes and AGN broad Halpha emission line luminosities, free of contamination from the host galaxy. I combined this result with fainter data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) and constructed the best current optical AGN luminosity function at z~0. The comparison of the luminosity function with higher redshifts supports the current notion of 'AGN downsizing', i.e. the space density of the most luminous AGN peaks at higher redshifts and the space density of less luminous AGN peaks at lower redshifts. However, the AGN luminosity function does not reveal the full picture of active black hole demographics. This requires knowledge of the physical quantities, foremost the black hole mass and the accretion rate of the black hole, and the respective distribution functions, the active black hole mass function and the Eddington ratio distribution function. I developed a method for an unbiased estimate of these two distribution functions, employing a maximum likelihood technique and fully account for the selection function. I used this method to determine the active black hole mass function and the Eddington ratio distribution function for the local universe from the HES. I found a wide intrinsic distribution of black hole accretion rates and black hole masses. The comparison of the local active black hole mass function with the local total black hole mass function reveals evidence for 'AGN downsizing', in the sense that in the local universe the most massive black holes are in a less active stage then lower mass black holes. The second route I follow is a study of redshift evolution in the black hole-galaxy relations. While theoretical models can in general explain the existence of these relations, their redshift evolution puts strong constraints on these models. Observational studies on the black hole-galaxy relations naturally suffer from selection effects. These can potentially bias the conclusions inferred from the observations, if they are not taken into account. I investigated the issue of selection effects on type 1 AGN samples in detail and discuss various sources of bias, e.g. an AGN luminosity bias, an active fraction bias and an AGN evolution bias. If the selection function of the observational sample and the underlying distribution functions are known, it is possible to correct for this bias. I present a fitting method to obtain an unbiased estimate of the intrinsic black hole-galaxy relations from samples that are affected by selection effects. Third, I try to improve our census of dormant black holes and the determination of their masses. One of the most important techniques to determine the black hole mass in quiescent galaxies is via stellar dynamical modeling. This method employs photometric and kinematic observations of the galaxy and infers the gravitational potential from the stellar orbits. This method can reveal the presence of the black hole and give its mass, if the sphere of the black hole's gravitational influence is spatially resolved. However, usually the presence of a dark matter halo is ignored in the dynamical modeling, potentially causing a bias on the determined black hole mass. I ran dynamical models for a sample of 12 galaxies, including a dark matter halo. For galaxies for which the black hole's sphere of influence is not well resolved, I found that the black hole mass is systematically underestimated when the dark matter halo is ignored, while there is almost no effect for galaxies with well resolved sphere of influence. / Supermassereiche Schwarze Löcher sind ein fundamentaler Bestandteil unseres Universims im Allgemeinen, und von Galaxien im Besonderen. Fast jede massereiche Galaxie beherbergt ein supermassereiches Schwarzes Loch in seinem Zentrum. Außerdem existiert eine enge Beziehung zwischen dem Wachstum des Schwarzen Loches und der Entwicklung seiner umgebenden Galaxie. Diese zeigt sich besonders in der engen Beziehung zwischen der Masse eines Schwarzen Loches und den Eigenschaften der sphäroidalen Komponente der Galaxie, beispielsweise seiner stellaren Geschwindigkeitsdispersion, seiner Leuchtkraft und seiner Masse. Diese Beziehung erklären zu können, sowie das Wachstum von Schwarzen Löchern zu verstehen, liefert einen wichtigen Beitrag zu unserem Bild der Entstehung und Entwicklung von Galaxien. In dieser Arbeit steuere ich verschiedene Beiträge dazu bei unser Verständnis des Vorkommens Schwarzer Löcher und der Beziehung zu ihren Galaxien zu verbessern. Zunächst versuche ich ein vollständiges Bild der Anzahl und Eigenschaften Schwarzer Löcher zu erhalten. Dazu beschränke ich mich auf aktive Schwarze Löcher, wie man sie im Universum als Aktive Galaxienkerne (AGN) in großen Himmelsdurchmusterungen finden kann. Ich benutze eine solche Durchmusterung, das Hamburg/ESO Survey (HES), um die AGN Population im lokalen Universum zu studieren. Dazu habe ich die optische Leuchtkraftfunktion von AGN bestimmt. Diese habe ich mit anderen Ergebnissen leuchtschwächerer AGN kombiniert um die bisher beste AGN Leuchtkraftfunktion im lokalen Universum zu erhalten. Der Vergleich mit Ergebnissen bei höherer kosmischer Rotverschiebung bestätigt unser Bild des sogenannten "AGN downsizing". Dies sagt aus, dass leuchtkräftige AGN bei hoher Rotverschiebung am häufigsten vorkommen, während leuchtschwache AGN bei niedriger Rotverschiebung am häufigsten sind. Allerdings verrät uns die AGN Leuchtkraftfunktion allein noch nicht das ganze Bild der Demographie Schwarzer Löcher. Vielmehr sind wir an den zugrunde liegenden Eigenschaften, vor allem der Masse und der Akkretionsrate der Schwarzen Löcher, sowie deren statistischen Verteilungsfunktionen, interessiert. Ich habe eine Methode entwickelt um diese beiden Verteilungsfunktionen zu bestimmen, basierend auf der Maximum-Likelihood-Methode. Ich habe diese Methode benutzt um die aktive Massenfunktion Schwarzer Löcher, sowie die Verteilungsfunktion ihrer Akkretionsraten für das lokale Universum aus dem HES zu bestimmen. Sowohl die Akkretionsraten, als auch die Massen der Schwarzen Löcher zeigen intrinsisch eine breite Verteilung, im Gegensatz zur schmaleren beobachtbaren Verteilung. Der Vergleich der aktiven Massenfunktion mit der gesamten Massenfunktion Schwarzer Löcher zeigt ebenfalls Hinweise auf "AGN downsizing". Als nächstes habe ich mich mit Untersuchungen zur zeitlichen Entwicklung in den Beziehungen zwischen Schwarzem Loch und Galaxie beschäftigt. Diese kann helfen unser theoretisches Veständnis der physikalischen Vorgänge zu verbessern. Beobachtungen sind immer auch Auswahleffekten unterworfen. Diese können die Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen zur Entwicklung in den Beziehungen beeinflussen, wenn sie nicht entsprechend berücksichtigt werden. Ich habe den Einfluss von Auswahleffekten auf AGN Stichproben im Detail untersucht, und verschiedende möchgliche Einflussquellen identifiziert, die die Beziehung verfälschen können. Wenn die Auswahlkriterien der Stichprobe, sowie die zugrunde liegenden Verteilungen bekannt sind, so ist es möglich für die Auswahleffekte zu korrigieren. Ich habe eine Methode entwickelt, mit der man die intrinsische Beziehung zwischem Schwarzem Loch und Galaxie aus den Beobachtungen rekonstruieren kann. Schließlich habe ich mich auch inaktiven Schwarzen Löchern und der Bestimmung ihrer Massen gewidmet. Eine der wichtigsten Methoden die Masse Schwarzer Löcher in normalen Galaxien zu bestimmen ist stellardynamische Modellierung. Diese Methode benutzt photometrische und kinematische Beobachtungen, und rekonstruiert daraus das Gravitationspotenzial aus der Analyse stellarer Orbits. Bisher wurde in diesen Modellen allerdings der Einfluss des Halos aus Dunkler Materie vernachlässigt. Dieser kann aber die Bestimmung der Masse des Schwarzen Loches beeinflussen. Ich habe 12 Galaxien mit Hilfe stellardynamischer Modellierung untersucht und dabei auch den Einfluss des Halos aus Dunkler Materie berücksichtigt. Für Galaxien bei denen der Einflussbereich des Schwarzen Loches nicht sehr gut räumlich aufgelöst war, wird die Masse des Schwarzen Loches systematisch unterschätzt, wenn der Dunkle Materie Halo nicht berücksichtigt wird. Auf der anderen Seite ist der Einfluss gering, wenn die Beobachtungen diesen Einflussbereich gut auflösen können.

Active Galactic Nuclei (AGN) are powered by gas accretion onto supermassive Black Holes (BH). The luminosity of AGN can exceed the integrated luminosity of their host galaxies by orders of magnitude, which are then classified as Quasi-Stellar Objects (QSOs). Some mechanisms are needed to trigger the nuclear activity in galaxies and to feed the nuclei with gas. Among several possibilities, such as gravitational interactions, bar instabilities, and smooth gas accretion from the environment, the dominant process has yet to be identified. Feedback from AGN may be important an important ingredient of the evolution of galaxies. However, the details of this coupling between AGN and their host galaxies remain unclear. In this work we aim to investigate the connection between the AGN and their host galaxies by studying the properties of the extendend ionised gas around AGN. Our study is based on observations of ~50 luminous, low-redshift (z<0.3) QSOs using the novel technique of integral field spectroscopy that combines imaging and spectroscopy. After spatially separating the emission of AGN-ionised gas from HII regions, ionised solely by recently formed massive stars, we demonstrate that the specific star formation rates in several disc-dominated AGN hosts are consistent with those of normal star forming galaxies, while others display no detectable star formation activity. Whether the star formation has been actively suppressed in those particular host galaxies by the AGN, or their gas content is intrinsically low, remains an open question. By studying the kinematics of the ionised gas, we find evidence for non-gravitational motions and outflows on kpc scales only in a few objects. The gas kinematics in the majority of objects however indicate a gravitational origin. It suggests that the importance of AGN feedback may have been overrated in theoretical works, at least at low redshifts. The [OIII] line is the strongest optical emission line for AGN-ionised gas, which can be extended over several kpc scales, usually called the Narrow-Line Region (NLR). We perform a systematic investigation of the NLR size and determine a NLR size-luminosity relation that is consistent with the scenario of a constant ionisation parameter throughout the NLR. We show that previous narrow-band imaging with the Hubble Space Telescope underestimated the NLR size by a factor of >2 and that the continuum AGN luminosity is better correlated with the NLR size than the [OIII] luminosity. These affects may account for the different NLR size-luminosity relations reported in previous studies. On the other hand, we do not detect extended NLRs around all QSOs, and demonstrate that the detection of extended NLRs goes along with radio emission. We employ emission line ratios as a diagnostic for the abundance of heavy elements in the gas, i.e. its metallicity, and find that the radial metallicity gradients are always flatter than in inactive disc-dominated galaxies. This can be interpreted as evidence for radial gas flows from the outskirts of these galaxies to the nucleus. Recent or ongoing galaxy interactions are likely responsible for this effect and may turn out to be a common prerequisite for QSO activity. The metallicity of bulge-dominated hosts are systematically lower than their disc-dominated counterparts, which we interpret as evidence for minor mergers, supported by our detailed study of the bulge-dominated host of the luminous QSO HE 1029-1401, or smooth gas accretion from the environment. In this line another new discovery is that HE 2158-0107 at z=0.218 is the most metal poor luminous QSO ever observed. Together with a large (30kpc) extended structure of low metallicity ionised gas, we propose smooth cold gas accretion as the most likely scenario. Theoretical studies suggested that this process is much more important at earlier epochs of the universe, so that HE 2158-0107 might be an ideal laboratory to study this mechanism of galaxy and BH growth at low redshift more detailed in the furture. / Aktive Galaxienkerne (AGN) entstehen durch die Akkretion von Gas auf massive Schwarze Löcher, welche im Zentrum jeder Galaxie mit einer spherodialen Komponente vermutet werden. Die Leuchtkraft eines AGN kann die seiner gesamten Muttergalaxie um Größenordnungen übersteigen. In diesem Fall werden AGN oft als Quasi-Stellare Objekte (Quasare) bezeichnet. Spezielle Mechanismen müssen für das Auslösen dieser Kernaktivität in Galaxien verantwortlich sein. Verschiedene Prozesse wurden bereits identifiziert, aber der entscheidende Mechanismus wurde bisher noch nicht entdeckt. Die Wechselwirkung mit einem AGN könnte außerdem einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung von Galaxien haben. Es ist noch unklar wie diese Wechselwirkung genau abläuft und ob es die Sternentstehung in Galaxien beeinflusst. In dieser Arbeit studieren wir die Eigenschaften des ausgedehnten ionisierten Gases in AGN-Muttergalaxien, um mögliche Wechselwirkungen zu untersuchen. Wir benutzen dazu eine Stichprobe von ~50 Quasaren bei geringer Rotverschiebung (z<0.3), die mit der neuartigen Technik der Integralfeld-Spektroskopie beobachtet wurden. Diese Technik kombiniert bildgebende und spektroskopische Verfahren. Wir können mit unserer Analyse zeigen, dass die spezifische Sternentstehungsrate in einigen Scheiben-dominierten AGN-Muttergalaxien vergleichbar mit denen von normalen Galaxien ohne Kernaktivität ist. Allerdings können wir in einigen AGN-Muttergalaxien keine Anzeichen von Sternentstehung feststellen. Ob Sternentstehung in diesen Galaxien momentan durch die Wechselwirkung mit dem AGN unterdrückt wird, ist daher nicht eindeutig. Hinweise auf Gasausflüsse liefert die Kinematik des ionisierten Gases für einige wenige Objekte, doch die Kinematik für die meisten AGN-Muttergalaxien kann allein durch das Wirken der Gravitation erklärt werden. Daraus schließen wir, dass der Einfluss von AGN auf ihre Muttergalaxien geringer sein könnte als theoretisch angenommen wird. Die [OIII] Emissionslinie ist die stärkste optische Linie für AGN-ionisiertes Gas und kann sich über eine Region von mehreren kpc vom Kern erstrecken, die als "Narrow-Line Region" (NLR) bezeichnet wird. Durch eine systematische Untersuchung der NLR-Ausdehnung können wir eine Beziehung zwischen NLR-Radius und AGN-Leuchtkraft bestimmen. Diese Relation ist konsistent mit einem konstanten Ionisationsparameter über die gesamte Ausdehnung der NLR. Frühere Studien mit dem Hubble Weltraumteleskop unterschätzten die Größe der NLR um mehr als einen Faktor 2. Andererseits können wir nicht für alle Quasare eine ausgedehnte NLR nachweisen, wobei eine NLR-Detektion bei einer höheren Radioleuchtkraft des Quasars wahrscheinlicher ist. Dies deutet auf eine Wechselwirkung eines Radio-Jets mit dem kernumgebenden Gas hin. Wir benutzen Emissionslinien des ionisierten Gases, um den Anteil von schweren Elementen im Gas, die so genannte Metallizität, zu bestimmen. Dabei finden wir, dass die radialen Metallizitätsgradienten in Scheiben-dominierten AGN-Muttergalaxien deutlich flacher sind als in vergleichbaren Galaxien ohne Kernaktivität, was wir als Anzeichen für radialen Gastransport vom Rand der Galaxien zum Kern interpretieren. Dies könnte durch kürzliche oder immer noch andauernde gravitative Wechselwirkungen zwischen Nachbargalaxien entstanden sein und stellt eventuell eine Voraussetzung für Kernaktivität dar. Sehr interessant ist unser Ergebnis, dass die ellptischen AGN-Muttergalaxien eine geringere Metallizität aufweisen als die Spiralgalaxien. Dies könnte z.B. durch das Verschmelzen mit kleinen Nachbargalaxien induziert werden, welche eine intrinsisch geringe Metallizität aufweisen. Am Beispiel der elliptischen Muttergalaxie des Quasars HE 1029-1401 können wir durch eine detaillierte Analyse des ionisierten Gases verschiedene Indizien für einen solchen Prozess nachweisen. Eine weiteres Resultat dieser Arbeit ist die Entdeckung eines leuchtkräftigen Quasars mit der geringsten Metallizität, die bisher für solche Objekte nachgewiesen werden konnte. Wir interpretieren die geringe Metallizität und die Ausdehnung des ionisierten Gases über 30kpc als deutliche Indizien für die Akkretion von intergalaktischem Gas. Dieser Prozess findet viel häufiger im frühen Universum statt. HE 2158-0107 könnte daher ein ideales Objekt sein, um diesen Prozess im nahen Universum detaillierter studieren zu können.

We present a survey of 72 Seyfert galaxies and quasars observed by the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). Our survey is the largest to date searching for intrinsic UV absorption with high spectral resolution, and is the first step toward a more comprehensive study of intrinsic absorption in low-redshift AGN. We have determined that 72 of 253 available active galactic nuclei (AGN) are viable targets for detection of intrinsic absorption lines. We examined these spectra for signs of intrinsic absorption in the O VI doublet (lambda lamdba 1031.9, 1037.6) and Lyman beta (lambda 1025.7). The fraction of Seyfert 1 galaxies and low-redshift quasars at z<0.15 that show evidence of intrinsic UV absorption is ~50, which is slightly lower than Crenshaw et al. found (60%) based on a smaller sample of C IV absorption in Seyfert 1 galaxies observed with the Hubble Space Telescope (HST). The intrinsic absorption lines are mostly blueshifted with respect to the rest frame of the galaxy, indicating outflow of ionized gas from the AGN. With this new fraction we find a global covering factor of the absorbing gas with respect to the central nucleus of ~0.4. We also provide a deeper analysis of the intrinsic absorption features we found in 35 objects. We have characterized the relation between luminosity and velocity, and examined the relationships between equivalent width, full width at half maximum, velocity and continuum flux. The luminosity/velocity correlation has been explored previously by Laor & Brandt (2002), but at a significantly higher redshift and heavily weighted by Broad Absorption Line quasars. Our survey is for lower redshift and lower luminosity objects, mostly Seyfert galaxies. We have also explored each object with multiple observations for variablity in each of the aforementioned quantities and characterized the variation of equivalent width with continuum flux. Variability for low-z AGN has been seen in the past. In our survey, we find that variability of O VI (lambda lambda 1032, 1038) is less common than for the UV doublets of C IV and N V seen at longer wavelengths, because the O VI absorption is usually saturated. Lyman beta absorption variability is more frequent. In the target-by-target examination we find that Broad Absorption Line (BAL) features and Narrow Absorption Line (NAL) features are related, in that they follow a single relationship between the maximum outflow velocity and the AGN luminosity, and both can be exhibited in similar luminosity objects. IRAS F22456-5125 is one particular Seyfert galaxy that we have selected for modelling due to its interesting assortment of intrinsic absorption lines. It shows a system of five individual kinematic components of absorption features in both O VI lines and in several of the Lyman series lines. We find that each of the components are relatively simple to model and appear to be weak in the X-ray.

Thesis (Ph. D.)--Ohio University, August, 2004. / Includes bibliographical references (p. 173-185).

Thesis (MPh)--University of Melbourne, Dept. of Physics, 2010. / Typescript. Includes bibliographical references (p. 77-83)

Thesis (Ph.D.)--Ohio University, August, 2004. / Title from PDF t.p. Includes bibliographical references (p. 173-185)

Quasars are valuable sources for several cosmological applications. In particular, they can be used to trace some of the heaviest halos and their high intrinsic luminosities allow them to be detected at high redshifts. This implies that quasars (or active galactic nuclei, in a more general sense) have a huge potential to map the large-scale structure. However, this potential has not yet been fully realized, because instruments which rely on broad-band imaging to pre-select spectroscopic targets usually miss most quasars and, consequently, are not able to properly separate broad-line emitting quasars from other point-like sources (such as stars and low resolution galaxies). This work is an initial attempt to investigate the realistic gains on the identification and separation of quasars and stars when medium- and narrow-band filters in the optical are employed. The main novelty of our approach is the use of Bayesian priors both for the angular distribution of stars of different types on the sky and for the distribution of quasars as a function of redshift. Since the evidence from these priors convolve the angular dependence of stars with the redshift dependence of quasars, this allows us to control for the near degeneracy between these objects. However, our results are inconclusive to quantify the efficiency of star-quasar separation by using this approach and, hence, some critical refinements and improvements are still necessary. / Quasares são objetos valiosos para diversas aplicações cosmológicas. Em particular, eles podem ser usados para localizar alguns dos halos mais massivos e suas luminosidades intrinsecamente elevadas permitem que eles sejam detectados a altos redshifts. Isso implica que quasares (ou núcleos ativos de galáxias, de um modo geral) possuem um grande potencial para mapear a estrutura em larga escala. Entretanto, esse potencial ainda não foi completamente atingido, porque instrumentos que se baseiam no imageamento por bandas largas para pré-selecionar alvos espectroscópicos perdem a maioria dos quasares e, consequentemente, não são capazes de separar adequadamente quasares com linhas de emissão largas de outras fontes pontuais (como estrelas e galáxias de baixa resolução). Esse trabalho é uma tentativa inicial de investigar os ganhos reais na identificação e separação de quasares e estrelas quando são usados filtros de bandas médias e estreitas. A principal novidade desse método é o uso de priors Bayesianos tanto para a distribuição angular de estrelas de diferentes tipos no céu quanto para a distribuição de quasares como função do redshift. Como a evidência desses priors é uma convolução entre a dependência angular das estrelas e a dependência em redshift dos quasares, isso permite que a degenerescência entre esses objetos seja levada em consideração. Entretanto, nossos resultados ainda são inconclusivos para quantificar a eficiência da separação entre estrelas e quasares utilizando esse método e, portanto, alguns refinamentos críticos são necessários.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcio Ribeiro Gastaldi.pdf: 1118514 bytes, checksum: 0da632ad9d5d56b0c1ab1df75e83eee3 (MD5) Previous issue date: 2007-02-02 / We present the results of a 2-year project to monitor the spectral and temporal variability of Sagittarius A, Centaurus A, OV236 and the Einstein s Ring PKS1830-211 from 2004 to 2006. The observational data were obtained from the Itapetinga Radio Telescope at 22 and 43GHz. The data at 4,8, 8,0 and 14,5GHz for OV236 and PKS1830-211 were taken from the Michigan Radio Observatory. We also obtained previous observations of OV236 and PKS1830-211 at 100 and 230GHz from the Swedish-ESO Sub Millimeter Telescope (SEST), and VLA 23 and 43GHz data for Sgr A*. We estimated parameters such as period, angular size and brightness temperature and applied the Shock Wave Model (MARSHER; GEAR 1985) for OV236. The work we present here results from an international cooperation among Brazil (Itapetinga at 22 and 43GHz), EUA (Michigan at 4,8, 8,0 and 14,5GHz, and the VLA at 23 and 43GHz) and Finland (Metsähovi at 90GHz). / Este trabalho mostra o estudo da variabilidade temporal e espectral de Sagittarius A, Centaurus A, OV236 e do anel de Einstein PKS1830-211 em campanhas de observação mensais realizadas de janeiro de 2004 a outubro de 2006. Os dados observacionais foram obtidos através do Rádio-Observatório do Itapetinga nas freqüências de 22 e 43GHz. Os dados em 4,8, 8,0 e 14,5GHz para OV236 e PKS1830-211 foram obtidos do Rádio-Observatório de Michigan. Também foram utilizados dados do SEST para OV236 em 100 e 230GHz, e dados do VLA em 23 e 43GHz para Sgr A*. Foram feitas estimativas de período, variação angular e temperatura de brilhância. O modelo de Marscher e Gear (1985) foi aplicado a OV236. Este é um trabalho de cooperação internacional entre Brasil (Itapetinga em 22 e 43GHz), Estados Unidos (Michigan em 4,8, 8,0 e 14,5 GHz e VLA em 23 e 43GHz) e Finlândia (Metsähovi em 90GHz).