[論文レビュー] AGNs and Starbursts: What Is the Real Connection?

Luis C. Ho|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2005

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、活発銀河核（AGN）と星形成暴走の間の物理的関連性を調査し、明るいAGNにおける星形成暴走後の星の存在を示す観測的証拠を提示する。豊富なガスが存在するにもかかわらず、AGNのフィードバックによって星形成が抑制されており、クェーサーにおける遠赤外線放射は主にAGNによって駆動されており、星形成速度を赤外線光度から推定する仮定に疑問を呈する。

ABSTRACT

It is now widely believed that the growth of massive black holes is closely linked to the formation of galaxies, but there have been few concrete constraints on the actual physical processes responsible for this coupling. Investigating the connection between AGN and starburst activity may offer some empirical guidance on this problem. I summarize previous observational searches for young stars in active galaxies, concluding that there is now compelling evidence for a significant post-starburst population in many luminous AGNs, and that a direct, causal link may exist between star formation and black hole accretion. Quantifying the ongoing star formation rate in AGNs, however, is much more challenging because of the strong contamination by the active nucleus. I discuss recent work attempting to measure the star formation rate in luminous AGNs and quasars. The exceptionally low level of coeval star formation found in these otherwise gas-rich systems suggests that the star formation efficiency in the host galaxies is suppressed in the presence of strong AGN feedback.

研究の動機と目的

• 明るい銀河におけるAGN活動と星形成が物理的に関連しているのか、単なる偶然の一致にとどまるのかを特定すること。
• ガス豊富な宿主銀河において、AGNフィードバックが星形成効率をどのように抑制しているかを評価すること。
• クェーサーにおける遠赤外線放射の起源を解明し、若い星による加熱とAGN降着エネルギーによる加熱を区別すること。
• 遮へいメカニズムに関して、タイプ1とタイプ2クェーサーにおける星形成速度の違いを調査すること。
• AGNの活性核による汚染を補正した[O II]線の輝度を用いて、AGNにおける継続的星形成を定量すること。

提案手法

• 中間年齢の星形成暴走後の星を示すA型星を示す光学吸収線スペクトルを分析して、AGNにおける星形成暴走後の星の存在を検出する。
• タイプ2AGNのスローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）サンプルを用い、星形成暴走後の星の割合とAGNの明るさの相関を調べ、統計的有意性を確立する。
• [O II] λ3727線の輝度を測定し、継続的星形成速度（SFR）の直接的トレーサーとして用いるが、AGNによる汚染を補正する。
• [O II]線から導かれるSFRと、遠赤外線（FIR）光度から推定されるSFRを比較し、FIR放射が星によるものかAGNの降着エネルギーによるものかを検証する。
• SDSSタイプ2クェーサーの合成スペクトルを分析し、[O II]/[O III]線の比率をタイプ1クェーサーと比較することで、星形成活動の違いを明らかにする。
• イオン化および熱的構造のモデル化を通じて、AGNフィードバックが分子雲に与える影響を評価し、星形成効率の低下を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星形成とAGN活動の間に直接的な因果的関連性があるのか、それとも観測された共存は単なる偶然にとどまるのか？
• RQ2 豊富な分子ガスが存在するにもかかわらず、なぜAGN宿主銀河における星形成効率が著しく低いのか？
• RQ3 クェーサーにおける遠赤外線放射の何パーセントが若い星によるもので、何パーセントがAGNの降着エネルギーによるものなのか？
• RQ4 なぜタイプ2クェーサーはタイプ1クェーサーと比べて顕著に高い星形成速度を示すのか？これは遮へいメカニズムに何を示唆するのか？
• RQ5 AGNフィードバックはどのようにして宿主銀河における星形成を抑制しているのか？観察された低SFRを支える物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 明るいAGNに顕著な星形成暴走後の星の集団が存在する観測的証拠が強く得られ、その割合はAGNの明るさに比例して増加するため、因果的関連性が示唆される。
• タイプ1クェーサーにおける継続的星形成速度は、非常に低い—数太陽質量/年程度であり、豊富な分子ガスが存在するにもかかわらずそうである。
• PGクェーサー・サンプルにおける[O II]線から導かれるSFRは、FIR光度から推定されるSFRと比較して、少なくとも1桁以上低い。これは、FIR放射の大部分が星ではなくAGNによって駆動されていることを示している。
• タイプ2クェーサーは、タイプ1クェーサーと比較して[O II]/[O III]線比が約1桁高い。これは、星形成速度が約20 M☉ yr⁻¹に達していることを示唆し、これは局所の星形成暴走銀河と同等の値である。
• AGN宿主銀河における星形成効率の低さは、AGNフィードバックが星形成を抑制していることを示しており、ガス豊富な環境でも同様に成立する。
• データは、FIR放射が星形成を示すと仮定するという前提を覆しており、AGNによる加熱が、星による加熱と同様にダスト放射を模倣することがあることを示している。