[論文レビュー] Black Hole Growth and Starburst Activity at z=0.6-4 in the Chandra Deep Field South

M. Brusa, F. Fiore+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、Chandra Deep Field SouthにおけるX線、赤外線、Kバンドのデータを用いて、遮蔽された活動銀河核（AGN）を分析し、主星系との共進化を調査する。X線で検出されたAGNの主星系は主に質量が大きい（M_* > 10¹⁰ M_☉）ことが判明し、そのうち50%が活発な星形成を示している。また、特に高赤方偏移域では非常に質量の大きな銀河（M_* > 3×10¹¹ M_☉）を宿す割合が顕著であり、宇宙時間に伴うAGN-主星系結合の強い進化傾向が示唆される。

ABSTRACT

The co-evolution of host galaxies and the active black holes which reside in their centre is one of the most important topics in modern observational cosmology. Here we present a study of the properties of obscured Active Galactic Nuclei (AGN) detected in the CDFS 1Ms observation and their host galaxies. We limited the analysis to the MUSIC area, for which deep K-band observations obtained with ISAAC@VLT are available, ensuring accurate identifications of the counterparts of the X-ray sources as well as reliable determination of photometric redshifts and galaxy parameters, such as stellar masses and star formation rates. In particular, we: 1) refined the X-ray/infrared/optical association of 179 sources in the MUSIC area detected in the Chandra observation; 2) studied the host galaxies observed and rest frame colors and properties. We found that X-ray selected (L_X>10^{42} erg s^{-1}) AGN show Spitzer colors consistent with both AGN and starburst dominated infrared continuum; the latter would not have been selected as AGN from infrared diagnostics. The host galaxies of X-ray selected obscured AGN are all massive (M_*>10^{10} M_sun) and, in 50% of the cases, are also actively forming stars (1/SSFR 1 and M_*>3x10^{11} M_sun, a fraction significantly higher than in the local Universe for AGN of similar luminosities.

研究の動機と目的

• 遠方宇宙における活動的ブラックホールとその主星系の共進化を理解すること。
• X線、赤外線、光学データを統合してAGNと星形成主導源を区別することで、AGN同定の曖昧さを解消すること。
• CDFSのMUSIC領域におけるAGN主星系の星曜質量、星形成速度、光度赤方偏移を特定すること。
• 特にz > 1における遮蔽AGN主星系の性質が赤方偏移とともにどのように進化するかを評価すること。
• X線選択AGNが局所宇宙のものと比較して、より質量が大きく星形成が活発な銀河と系として系統的に関連しているかどうかを調査すること。

提案手法

• CDFSにおける1Ms Chandra X線観測を用い、L_X > 10⁴² erg s⁻¹を満たすX線源を検出し、遮蔽AGNに焦点を当てる。
• ISAAC@VLTからの深紫外Kバンド画像を用いて、正確な源の対応付けと信頼性の高い光度赤方偏移を達成する。
• MUSIC領域の深紫外データを用いて、X線源と赤外・光学対応体との多波長クロス識別を実施する。
• rest-frame色と赤外スペクトルエネルギー分布（Spitzerバンド）を用いて、源をAGN主導または星形成主導に分類する。
• Kバンドおよび多波長の光度測定にSedフィッティングを適用し、星曜質量（M_*）と固有星形成速度（SSFR）を算出する。
• 主星系の性質（M_*, SSFR, 赤方偏移）を比較することで、AGN-主星系関係における進化傾向を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z=0.6–4のX線選択遮蔽AGNは、主に質量が大きく星形成が活発な銀河に宿っているか？
• RQ2 Spitzer赤外色が、X線選択AGNにおけるAGN主導と星形成主導の赤外放射をどの程度正確に区別できるか？
• RQ3 z>1におけるAGN主星系の星曜質量と星形成速度は、同様のX線輝度を示す局所宇宙のものと比較してどう異なるか？
• RQ4 X線選択AGN主星系のうち、M_* > 3×10¹¹ M_☉を満たす割合はどれくらいで、赤方偏移とともにどのように変化するか？
• RQ5 X線選択AGNと赤外診断で選択されたAGNとの間に、主星系の性質に系統的な差異があるか？

主な発見

• X線選択AGN（L_X > 10⁴² erg s⁻¹）は、Spitzer色がAGN主導と星形成主導の両方の特徴を示しており、赤外診断のみで分類すると誤分類の可能性があることが示唆される。
• X線選択遮蔽AGNの主星系は全員でM_* > 10¹⁰ M_☉であり、そのうち50%が活発な星形成（SSFR > 1 Gyr⁻¹）を示している。
• z > 1の赤方偏移域では、X線選択AGN主星系の15–20%がM_* > 3×10¹¹ M_☉に達しており、これは局所宇宙の傾向と比べて顕著に高い割合である。
• X線選択AGNの主星系は、同様のX線輝度を示す局所AGNのものと比較して、系統的に質量が大きく星形成が活発である。
• 観測された性質は、質量が大きく星形成が活発な主星系が高赤方偏移域で支配的であることを示唆し、AGN-主星系共進化の強い進化が見られる。
• 本研究は、星形成による汚染のため赤外ベースの選択では見逃されがちなAGNの集団をX線選択が捉えられることを確認した。