[論文レビュー] A low-luminosity type-1 QSO sample: II. Tracing circumnuclear star formation in HE 1029-1831 with SINFONI

G. Busch, Semir Smajić+7 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Dec 5, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 118被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、低等級タイプ1 QSO HE 1029-1831における核周辺の星形成をSINFONIの積分場分光法で追跡し、その内部1キロパーセクに1億年以内の星形成爆発（starburst）が発生したことを明らかにした。主な発見は、非活性銀河における$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係からのずれが、ブラックホール質量の不足ではなく、若い星族による過剰なバルジの明るさに起因していることである。

ABSTRACT

Circumnuclear star formation and AGN feedback is believed to play a critical role in the context of galaxy evolution. The low-luminosity QSO (LLQSO) sample that contains 99 of the closest AGN with redshift z<=0.06 fills the gap between the local AGN population and high-redshift QSOs that is essential to understand the AGN evolution with redshift. In this paper, we present the results of near-infrared H+K-integral field spectroscopy of the inner kiloparsecs of the LLQSO HE 1029-1831 with SINFONI. Line maps show that ionized hydrogen gas is located in spiral arms within the stellar bar and in a circumnuclear ring. Line fluxes and diagnostic line ratios indicate recent or ongoing star formation in the circumnuclear region and the presence of young and intermediate-age stellar populations in the bulge. In particular, we find traces of an intense starburst in the circumnuclear region that has begun around 100 Myr ago but has declined to a fraction of the maximum intensity now. We estimate the dynamical bulge mass and find that the galaxy follows published M_BH-M_bulge relations. However, bulge-disk decomposition of the K-band image with BUDDA reveals that HE 1029-1831 does not follow the M_BH-L_bulge relations of inactive galaxies. We conclude that the deviation from M_BH-L_bulge relations of inactive galaxies in this source is rather caused by young stellar populations and not by an undermassive black hole.

研究の動機と目的

• 低等級タイプ1 QSOにおける核周辺星形成の役割、特にAGNフィードバックと銀河進化の文脈での解明。
• 活性銀河と非活性銀河との間で観測される$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係の乖離を解明。
• HE 1029-1831における$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係からのずれが、ブラックホール質量不足に起因するのか、それとも若い星族による過剰なバルジ明るさに起因するのかを特定。
• 高分解能分光法を用いて、核領域におけるイオン化ガスおよび分子ガスの空間的分布と物理的状態を同定。
• 動力学的バルジ質量を評価し、$M_{\mathrm{BH}}-M_{\mathrm{bulge}}$関係と比較することで、共進化モデルの妥当性を検証。

提案手法

• VLTのSINFONIを用い、適応光学を適用してHE 1029-1831の近赤外$H$および$K$バンドの積分場分光法を取得。空間分解能は0.13"（110 pc）を達成。
• イオン化ガスの発光（H II、Brγ）およびショックトレーサー（[Fe ii]）をマッピングし、核周辺領域の星形成とガス運動を追跡。
• Buddaコードを用いて$K$バンド画像のバルジ-ディスク分解を実施し、バルジ成分とディスク成分を分離。バルジの明るさを導出。
• 星の運動学的データからバルジの動力学的質量を推定し、$M_{\mathrm{BH}}-M_{\mathrm{bulge}}$関係と比較。
• 星形成シミュレーションコードStarburst99を用いて、$M_{*}/L_{K}$比とBrγの等価幅から、バルジ内星族の年齢と質量を推定。
• ラインフラックスおよびCOベースの推定値から、イオン化水素の質量（$M_{{H\textsc{ii}}}=2.9\times 10^{7}\,M_{\odot}$）および冷たい分子水素の質量（$M_{\mathrm{H}_{2},\mathrm{cold}}=(1.4-7.5)\times 10^{9}\,M_{\odot}$）を計算。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HE 1029-1831の核周辺領域におけるイオン化ガスおよび分子ガスの空間的分布と物理的起源は何か？
• RQ2 バルジ内の星族の年齢と明るさは何か？ そして、それらは$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係にどのように影響を与えるか？
• RQ3 HE 1029-1831における$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係からのずれは、ブラックホール質量不足に起因するのか、それとも若い星族による過剰なバルジ明るさに起因するのか？
• RQ4 核周辺領域の星形成歴は、非活性銀河の古典的バルジと比較してどのように異なるか？
• RQ5 核周辺星形成は、宿主銀河の質量予算およびAGNの燃料供給にどの程度寄与しているか？

主な発見

• イオン化水素の発光は、星のバーに囲まれた2本のスパイラルアームと、不規則な核周辺リングを示しており、継続的または最近の星形成を示唆している。
• $\log(\mathrm{H}_{2}/\mathrm{Br}\gamma)$、$\log([{Fe\textsc{ii}}]/\mathrm{Br}\gamma)$、および分子水素ライン比といった診断的ライン比は、核周辺領域が星形成領域であることを確認している。
• 内半径3.2 kpc内のイオン化水素質量は$2.9 \times 10^{7}\,M_{\odot}$、1.2 kpc内での冷たい分子水素質量は$(1.4-7.5)\times 10^{9}\,M_{\odot}$であり、巨大会ガス貯留源であることが示された。
• Buddaを用いたバルジ-ディスク分解により、バルジ明るさが非活性銀河の$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係から外れていることが判明したが、動力学的バルジ質量は$M_{\mathrm{BH}}-M_{\mathrm{bulge}}$関係と整合的であった。
• $M_{*}/L_{K}$比とBrγ等価幅から、若い/中年期星族が支配的であり、50〜100 Myrの指数減衰星形成爆発（timescale）が約1〜2億年前に始まったと最もよく適合するモデルであることが判明。
• $M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$関係からのずれは、ブラックホール質量不足ではなく、若い星によるバルジの過剰明るさに起因する。動力学的質量とEddington比（$\lambda \gtrsim 0.06$）は、共進化モデルと整合的である。