Kurzfassung
In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Berechnung
der Linienprofile der breiten Emissionslinien in den Spektren von
aktiven
Galaxienkernen beschrieben. Dazu wird ein axialsymmetrisches
Modell mit einer Akkretionsscheibe um ein massives Schwarzes Loch als
Kontinuumsquelle verwendet.
Die Emissionslinien entstehen in einem
Ensemble von Wolken, die durch den Kontinuumsfluß ionisiert und geheizt
werden. Zur Berechnung der Wolken"-emission wird der
Photoionisationscode "CLOUDY" (Ferland, 1993) eingesetzt, der eine
Vielzahl atomarer
Prozesse behandelt, allerdings den Strahlungstransport nur in
einem approximativen Verfahren.
Da die postulierte Zahl der Wolken sehr groß ist (\gtrsim 107),
wird nur eine
relativ kleine Anzahl von Wolken an ausgewählten Stützstellen konkret
gerechnet, während die Eigenschaften der übrigen Wolken durch
Interpolation ermittelt werden. Den eingestrahlten Fluß bei einer
Stützstelle erhält man aus einer Integration der
Kontinuumsintensitäten
über den gesamten Raumwinkel. Es wird somit auch die Emission und
Absorption der
Wolken im Kontinuum berücksichtigt. Die Lösung dieses Problems kann daher
nur iterativ gefunden werden.
Die emergenten Linienprofile werden nun mit einem
"ray-tracing"-Verfahren aus den Eigenschaften des
Wolkenensembles berechnet.
Neben der optischen Tiefe und der abgestrahlten Intensität in den
Linien und im Kontinuum sind dies vor allem die Kinematik, die räumliche
Verteilung und die geometrische Form der Wolken.
Im zweiten Teil der Arbeit wird diese Methode auf ein konkretes Modell
angewandt, das von Zurek et al. (1994) vorgeschlagen wurde. Die Wolken
entstehen
in diesem Szenario bei dem Zusammenstoß von Sternen mit der
Akkretionsscheibe.
Ein kompakter Sternhaufen mit ~108 Sternen pro Kubikparsec, der
durch
das Schwarze Loch gravitativ dominiert wird, erzeugt fortgesetzt Wolken, die
nach kurzer Zeit wieder zerfallen. Dadurch ist ständig eine genügend große
Anzahl an Emissionswolken vorhanden, so daß ein häufig postuliertes
heißes Zwischenwolkengas überflüssig wird.
Die Ergebnisse der Modellrechnungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit
beobachteten Spektren, die mit dem "Hubble Space Telescope" (HST) bzw.
dem "International Ultraviolet Explorer" (IUE) gewonnen wurden.
Sowohl die
prominenten Emissionslinen Ly\alpha und C
4 (1549\AA) als auch der
Kontinuumsverlauf im ultravioletten Spektralbereich der Objekte können
mit dem betrachteten Modell reproduziert werden.
The present work describes a new method for calculating the synthetical profiles of broad emission lines formed in Active Galactic Nuclei (AGN). Following the standard concept the "Broad Line Region" (BLR) is assumed to be constituted of an ensemble of optically thick clouds which are ionized and heated by a central continuum source. The incident continuum is provided by the model of a geometrically thin, optically thick accretion disk around a black hole. The radiation field of a single cloud is calculated with the aid of the photoionization code "CLOUDY" designed by G. Ferland (see e.g. Ferland, 1993). The cloud ensemble is approximated by a small number of representative cloud models at selected geometrical grid points. The emergent radiation field of the entire ensemble (consisting of more than 107 clouds) can be calculated using appropriate interpolation functions. To obtain the effective input continuum for each cloud one has to consider both the emission of the accretion disk and the collective radiation field of the cloud ensemble. As a consequence the overall solution can only be found by iteration. In a subsequent step the emergent line profiles are evaluated by a ray-tracing calculation using the optical depths and the emission of the clouds in the line and the continuum. Additionally, the following model characteristics have to be specified: the kinematics, the spatial distribution, and the geometrical shape of the clouds. The method has been combined with a cloud model proposed by Zurek et al. (1994). In the basic scenario the clouds are formed by collision of stars with the accretion disk. A dense star cluster with ~108 stars per cubic parsec dominated dynamically by the black hole causes a continuous creation of short-lived clouds. This process ensures a sufficient number of emitting clouds without assuming a hot confining gas. Finally, the model is applied to a number of ultraviolet spectra taken with the "International Ultraviolet Explorer" (IUE) and the "Hubble Space Telescope" (HST). The agreement between observation and theory supports the new concept persuasively. The prominent emission lines (e.g. Ly\alpha and C 4 1549\AA) as well as the continuum can be reproduced essentially.