Lise Bech Christensen

• Strong damped Lyman alpha absorption (DLA) lines seen spectra of distant quasar are believed to arise when the sight line to the quasar goes trough the disc of a galaxy or a proto galaxy. Most of the neutral matter in the universe is contained in these clouds of neutral hydrogen that cause the absorption lines. Hence these DLAs are reservoirs for the formation of stars and galaxies throughout the universe. Despite intensive efforts over more than two decades only few galaxies responsible for the DLAs have been found. The problem is that the galaxies that harbour the neutral clouds are not necessarily bright, and selecting galaxies based on absorption lines could well select different types of galaxies than found in large surveys. If we are to understand how galaxies form out of neutral gas clouds it is essential to locate the galaxies in which DLAs reside. This thesis explores the use of integral field spectroscopy (IFS) to observe quasars known to have strong absorption lines in their spectra. IFS allows us to obtain a spectrum atStrong damped Lyman alpha absorption (DLA) lines seen spectra of distant quasar are believed to arise when the sight line to the quasar goes trough the disc of a galaxy or a proto galaxy. Most of the neutral matter in the universe is contained in these clouds of neutral hydrogen that cause the absorption lines. Hence these DLAs are reservoirs for the formation of stars and galaxies throughout the universe. Despite intensive efforts over more than two decades only few galaxies responsible for the DLAs have been found. The problem is that the galaxies that harbour the neutral clouds are not necessarily bright, and selecting galaxies based on absorption lines could well select different types of galaxies than found in large surveys. If we are to understand how galaxies form out of neutral gas clouds it is essential to locate the galaxies in which DLAs reside. This thesis explores the use of integral field spectroscopy (IFS) to observe quasars known to have strong absorption lines in their spectra. IFS allows us to obtain a spectrum at many spatial points close to the quasar, thus providing images and spectroscopy simultaneously. From the imaging part, we can directly identify objects, and from the spectroscopy we can calculate the distances to the objects. When the distance of the object found in emission matches the distance to the object that cause the DLA line, we have identified the absorbing galaxy. Using this technique, we have showed that we can successfully recover a few DLA galaxies known previously from the literature. In a survey aimed to increase the number of DLA galaxies we have identified eight new candidate DLA galaxies. The projected distances from the candidates to the quasar sight lines indicate that the DLA galaxies have sizes similar to local disc galaxies. Hence our results suggest that large discs may be present when the universe was just 2 billion years old. We furthermore find no differences between the sizes of the very distant DLA galaxies and those that are not so distant. The large sizes imply that their neutral hydrogen masses are also similar to those in local galaxies, but we argue that the DLA galaxies are not necessarily as luminous as the present day disc galaxies. Taking advantage of the three-dimensional view provided by the IFS data, the second part of this thesis investigates extended emission line regions arising in the quasar neighborhood. We find that extended emission line nebulae are common around quasars, and explore the effects that may be the cause. Some quasars are known to be powerful radio emitters while others are not detected at radio wavelengths. We find that significantly larger and brighter emission line nebulae are found around the quasars which have the brightest radio emission, and in particular those that have large radio jets. The existence of the nebulae can be interpreted as an interaction of the radio jet with the surrounding medium, but we can not rule out a scenario where there are density or temperature differences in the surrounding environment. Only for the brightest object, where additional velocity information can be derived from the IFS data, can we argue for an interaction. In conclusion the use of IFS to search for faint emission lines, both from point sources and extended nebulae provides exciting new results within the scientific areas studied here.…
• Man glaubt, daß starke gedämpfte Lyman alpha Absorptionslinien (damped Lyman alpha lines, DLA lines) in den Spektren entfernter Quasare entstehen, wenn die Sichtlinie zu dem Quasar durch eine Galaxie oder eine Proto-Galaxie geht. Die meiste neutrale Materie des Universums ist in diesen Wolken aus neutralem Wasserstoff enthalten, die die Absorptionslinien verursachen. Daher sind diese DLAs Reservoire für die Bildung von Sternen und Galaxien im gesamten Universum. Trotz intensiver Anstrengungen seit mehr als zwei Jahrzehnten konnten nur wenige Galaxien gefunden werden, die für DLAs verantwortlich sind. Das Problem ist, daß die Galaxien, die die neutralen Wolken beherbergen, nicht notwendigerweise hell sind, und Galaxien basierend auf Absorptionslinien zu selektieren, könnte leicht andere Typen von Galaxien selektieren, als diejenigen, die in großen Durchmusterungen gefunden werden. Wenn wir verstehen wollen wie Galaxien aus neutralen Gaswolken entstehen, ist es entscheidend, die Galaxien ausfindig zu machen, in denen DLAs liegen. DieseMan glaubt, daß starke gedämpfte Lyman alpha Absorptionslinien (damped Lyman alpha lines, DLA lines) in den Spektren entfernter Quasare entstehen, wenn die Sichtlinie zu dem Quasar durch eine Galaxie oder eine Proto-Galaxie geht. Die meiste neutrale Materie des Universums ist in diesen Wolken aus neutralem Wasserstoff enthalten, die die Absorptionslinien verursachen. Daher sind diese DLAs Reservoire für die Bildung von Sternen und Galaxien im gesamten Universum. Trotz intensiver Anstrengungen seit mehr als zwei Jahrzehnten konnten nur wenige Galaxien gefunden werden, die für DLAs verantwortlich sind. Das Problem ist, daß die Galaxien, die die neutralen Wolken beherbergen, nicht notwendigerweise hell sind, und Galaxien basierend auf Absorptionslinien zu selektieren, könnte leicht andere Typen von Galaxien selektieren, als diejenigen, die in großen Durchmusterungen gefunden werden. Wenn wir verstehen wollen wie Galaxien aus neutralen Gaswolken entstehen, ist es entscheidend, die Galaxien ausfindig zu machen, in denen DLAs liegen. Diese Doktorarbeit erforscht die Nutzung der Ganzfeldspektroskopie (integral field spectroscopy, IFS), um Quasare zu beobachten, die bekanntermaßen starke Absorptionslinien in ihren Spektren haben. IFS erlaubt uns, ein Spektrum an vielen räumlichen Punkten nahe des Quasars zu erhalten, somit Bilder und Spekroskopie gleichzeitig zu liefern. Aus den Bildern können wir direkt Objekte identifizieren und aus der Spektroskopie können wir die Entfernungen zu den Objekten berechnen. Wenn die Entfernung zum gefundenen Objekt mit der Entfernung zu einer DLA-Linie übereinstimmt, dann haben wir die absorbierende Galaxie gefunden. Diese Methode anwendend, können wir zeigen, daß wir erfolgreich einige wenige schon aus der Literatur bekannte DLA-Galaxien wiederentdecken können. In einer auf Erhöhung der Zahl von DLA-Galaxien abzielenden Duchmusterung haben wir acht neue DLA-Galaxienkandidaten identifiziert. Die projizierten Entfernungen von den Kandidaten zu den Quasarsichtlinien lassen erkennen, daß die DLA-Galaxien ähnliche Größen haben, wie nahe Scheibengalaxien. Daher lassen unsere Resultate darauf schließen, daß es große Scheibengalaxien gegeben haben könnte, als das Universum gerade zwei Milliarden Jahre alt war. Außerdem finden wir keine Unterschiede zwischen den Größen der sehr weit entfernten DLA-Galaxien und jenen, die nicht so weit entfernt sind. Die Größen implizieren, daß ihre Massen gebunden in neutralem Wasserstoff auch ähnlich sind zu jenen in lokalen Galaxien, aber wir vertreten die Ansicht, daß DLA-Galaxien nicht notwendigerweise so leuchtkräftig sind wie heutige Scheibengalaxien. Den dreidimensionalen Blick ermöglicht durch die IFS-Daten ausnutzend, untersucht der zweite Teil dieser Doktorarbeit ausgedehnte Emissionslinienregionen, die in der Nachbarschaft der Quasare entstehen. Wir finden heraus, daß ausgedehnte Emissionsliniennebel um Quasare häufig sind und erforschen die ihnen zugrundeliegenden Effekte. Einige Quasare sind bekannte starke Radioquellen, während andere nicht im Radiobereich entdeckt werden. Wir zeigen, daß bedeutend größere und hellere Emissionsliniennebel um Quasare gefunden werden, welche die stärkste Radioemission, insbesondere große Radiojets, aufweisen. Die Existenz der Nebel kann interpretiert werden als eine Wechselwirkung der Radiojets mit dem umgebenden Medium, aber wir können nicht ausschließen, daß es Dichte- oder Temperaturunterschiede in der Umgebung gibt. Nur für die hellsten Objekte, für die zusätzliche Geschwindigkeitsinformation aus den IFS-Daten abgeleitet werden kann, vertreten wir die Ansicht der Wechselwirkung. Die Nutzung der IFS bei der Suche nach schwachen Emissionslinien von Punktquellen wie auch ausgedehnten Nebeln bietet spannende neue Ergebnisse in den hier studierten wissenschaftlichen Gebieten.…