The evolutionary state of AGN host galaxies - clues from 3D spectroscopy

• Applicant: Professor Dr. Lutz Wisotzki
• Subject Area: Astrophysics and Astronomy
• Term: from 2011 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 192157044

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Hintergrund: Die Erforschung der Strukturen und der zeitlichen Entwicklung von Galaxien ist eines der zentralen Arbeitsgebiete der Astrophysik. Da die relevanten Entwicklungsvorgänge Zeiträume von Jahrmillionen und -milliarden umfassen, ist die zeitliche Dimension über astronomische Beobachtungen nur indirekt zu erfassen. Einer der leistungsfahigsten Ansätze besteht darin, das Spektrum einer Galaxie - d.h. des Lichts, das von den in der Galaxie vorhandenen Sternen und Gaswolken stammt - zu analysieren und aus der Spektralanalyse z.B. auf das Alter der beitragenden Komponenten zu schließen. Galaxien sind allerdings ausgedehnte Objekte, die mit einzelnen Spektren nicht unbedingt repräsentativ beschrieben werden kännen. Die in den 2000er Jahren zur Einsatzreife gebrachte Beobachtungstechnik der so genannten Integralfeldspektroskopie (auch: ”3D-Spektroskopie”) erlaubt es nun, bei der Beobachtung einer Galaxie gleichzeitig in jedem Bildpunkt ein Spektrum aufzuzeichnen, also simultan mit einer einzigen Belichtung hunderte oder tausende von Spektren über die ganze Galaxie zu erfassen. Das CALIFA-Projekt: Im Rahmen einer internationalen Kooperation mit dem Calar Alto-Observatorium in Spanien wurde 2009/2010 das CALIFA-Projekt gegründet mit dem Ziel, integralfeldspektroskopische Beobachtungen einer repräsentativen Stichprobe von 600 Galaxien durchzuführen, unter Verwendung des bei uns in Potsdam entwickelten Integralfeld-Spektrographen PMAS - der erste umfassende spektroskopische Zensus von Galaxien im lokalen Universum. Der Leiter des hier beschriebenen DFG-Vorhabens war Mit-Initiator von CALIFA und durchgehend in führender Rolle beteiligt. Ziele des DFG-Vorhabens: Unser Potsdamer Team hatte sich zwei miteinander verbundene Ziele gesetzt: Zum einen ging es um die weitere Erforschung des Phänomens der Kernaktivität in Galaxien, und zwar konkret um die Auswirkungen der Aktivität auf die innere Struktur der betroffenen Galaxien. Dazu sollten integralfeldspektroskopische Daten von aktiven Galaxienkernen und insbesondere, sobald verfügbar, die Beobachtungen von CALIFA genutzt werden. Projektverlauf: CALIFA begann 2011 die Produktion und nahm bis 2016 den Großteil der Beobachtungszeit am Calar Alto 3.5m-Teleskop in Anspruch. Im April 2016 wurde das Projekt mit dem erreichten Ziel von 600 Galaxien abgeschlossen. Die CALIFA-Daten wurden allerdings schon vorher der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt, in mehreren Tranchen beginnend Ende 2012 mit dem ’’ersten Datenrelease”. Da zu Beginn des DFG-Vorhabens im Jahr 2011 noch keine CALIFA-Daten zur Verfuägung standen, konzentrierten sich unsere Arbeiten in wissenschaftlicher Hinsicht zunächst auf schon vorher eingeworbenes Beobachtungmaterial von aktiven Galaxienkernen. Gleichzeitig wurden wesentliche Schritte bei der Datenverarbeitung von CALIFA durch Mitarbeiter unseres Potsdamer Teams erledigt, das dann auch federführend das erste Datenrelease betreute. Wissenschaftliche Ergebnisse: Unsere 3D-spektroskopischen Beobachtungen von kern-aktiven Galaxien zeigten, dass diese Galaxien ihr interstellares Medium in erheblichem Maße beeinflussen, und zwar primär durch ihre hohe Strahlungsleistung, die zur Erwärmung und Ionisation des Gases fährt. Allerdings fanden wir kaum Signaturen von großskaligen Ausflüssen, wie sie mehrfach von theoretischer Seite vorgesagt worden waren. Ein weiteres interessantes Ergebnis waren die anomal niedrigen Elementhäufigkeiten in etlichen dieser Galaxien, was wir als Hinweis auf externes Material, z.B. in Form von ’verschluckten” Zwerggalaxien, interpretieren. Ferner beteiligte sich unser Team auch an der allgemeinen wissenschaftlichen Auswertung des CALIFA-Projektes, das eine Vielzahl neuer Erkenntnisse über Galaxien hervorbrachte. Beispielhaft sei genannt, dass wir über die Spektralanalyse von CALIFA-Daten zeigen konnten, wie unterschiedlich die Wachstumsverläufe von massearmen und massereichen Galaxien aussehen.

Publications

• CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey. Astronomy & Astrophysics, 538, A8 (2012)
  Sanchez, S. F., Kennicutt, R. C., Gil de Paz, A., et al. (+ Husemann, Kupko, Wisotzki)
  
• PyCosmic: a robust method to detect cosmics in CALIFA and other fiber-fed integral-field spectroscopy datasets. Astronomy & Astrophysics, 545, A137 (2012)
  Husemann, B., Kamann, S., Sandin, C., Sanchez, S. F., Garcia-Benito, R., Mast, D.
  
• CALIFA, the Calar Alto Legacy Integral Field Area survey. II. First public data release. Astronomy & Astrophysics, 549, A87 (2013)
  Husemann, B., Jahnke, K., Sanchez, et al. (+ Kupko, Wisotzki)
  
• The evolution of galaxies resolved in space and time: A view of inside-out growth from the CALIFA survey. The Astrophysical Journal, 764(1), L1 (2013)
  Perez, E., Cid Fernandes, R., Gonzalez Delgado, R. M., et al. (+ Husemann, Kupko, Wisotzki)
  
• The properties of the extended warm ionised gas around low-redshift QSOs and the lack of extended high-velocity outflows. Astronomy & Astrophysics, 549, A43 (2013)
  Husemann, B., Wisotzki, L., Sanchez, S. F., Jahnke, K.
  
• Integral field spectroscopy of nearby QSOs – I. ENLR size-luminosity relation, ongoing star formation and resolved gas-phase metallicities. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 443, 755–783 (2014)
  Husemann, B., Jahnke, K., Sanchez, S. F., Wisotzki, L., Nugroho, D., Kupko, D., Schramm, M.