[論文レビュー] Major Mergers Host the Most Luminous Red Quasars at z ~ 2: A Hubble Space Telescope WFC3/IR Study

Eilat Glikman, Brooke Simmons+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2015

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のWFC3/IR画像を用いて、z ~ 2における11個の明るいレッドクェーサーの宿主銀河を分析した。その結果、10個中8個がマジョル・マージング系に宿されていることが判明した。これらの結果は、宇宙のブラックホールおよび星形成活動が最も活発だった時代に、最も明るいクェーサーがマジョル・マージングによって駆動されていることを支持するものである。

ABSTRACT

We used the Hubble Space Telescope WFC3 near-infrared camera to image the host galaxies of a sample of eleven luminous, dust-reddened quasars at z ~ 2 -- the peak epoch of black hole growth and star formation in the Universe -- to test the merger-driven picture for the co-evolution of galaxies and their nuclear black holes. The red quasars come from the FIRST+2MASS red quasar survey and a newer, deeper, UKIDSS+FIRST sample. These dust-reddened quasars are the most intrinsically luminous quasars in the Universe at all redshifts, and may represent the dust-clearing transitional phase in the merger-driven black hole growth scenario. Probing the host galaxies in rest-frame visible light, the HST images reveal that 8/10 of these quasars have actively merging hosts, while one source is reddened by an intervening lower redshift galaxy along the line-of-sight. We study the morphological properties of the quasar hosts using parametric Sersic fits as well as the non-parametric estimators (Gini coefficient, M_{20} and asymmetry). Their properties are heterogeneous but broadly consistent with the most extreme morphologies of local merging systems such as Ultraluminous Infrared galaxies. The red quasars have a luminosity range of log(L_bol) = 47.8 - 48.3 (erg/s) and the merger fraction of their AGN hosts is consistent with merger-driven models of luminous AGN activity at z=2, which supports the picture in which luminous quasars and galaxies co-evolve through major mergers that trigger both star formation and black hole growth.

研究の動機と目的

• z ~ 2における銀河と超大質量ブラックホールの共進化モデルが、ブラックホールおよび星形成活動が最も活発だったピーク時代に成立するかを検証すること。
• 予測される「吹き抜ける段階」モデルに従い、宇宙で最も明るいクェーサーがマージング銀河に宿されているかどうかを特定すること。
• 高分解能HST画像を用いて、静止系光学波長におけるクェーサー宿主銀河の形態的性質を特徴づけること。
• 最も明るいレッドクェーサーにおけるマージング率を評価し、AGNおよび銀河の共進化モデルと比較すること。

提案手法

• FIRST+2MASSおよびUKIDSS+FIRST調査から、z ~ 2における11個のダスト赤化クェーサーの深紫外近赤外HST WFC3/IR画像を取得した。
• 3つの広帯域近赤外フィルタを用いてPSFモデリングを行い、クェーサー点源の光を差し引いて宿主銀河の形態を分離した。
• パラメトリックなSérsicプロファイルフィッティングを用いて、宿主銀河の構造および輝度を定量化した。
• 非パラメトリックな形態的推定値（Gini、M20、非対称性）を用いて宿主銀河の形態を分類し、局所のULIRGsと比較した。
• Sérsicフィッティングからのフラックス統合により、宿主銀河の輝度を決定し、CANDELS調査の銀河と比較した。
• 前方に位置する銀河による赤化の影響を除外するため、1つの源を除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ~ 2における最も明るいクェーサーは、マージング駆動型AGN燃料供給モデルが予測するように、マジョル・マージング銀河に宿されているのか？
• RQ2 これらの高輝度レッドクェーサー宿主銀河の形態的性質は、局所の超高輝度赤外銀河（ULIRGs）と比べてどう異なるのか？
• RQ3 z ~ 2における最も明るいレッドクェーサーにおけるマージング率はどの程度で、低輝度AGNサンプルと比べてどう異なるのか？
• RQ4 これらの明るいレッドクェーサーの宿主銀河は、輝度、色、形態的性質の面でULIRGに類似した性質を示しているのか？
• RQ5 観測された宿主銀河の形態は、マージング駆動型クェーサー進化シーケンスの「吹き抜ける段階」と整合しているのか？

主な発見

• z ~ 2における観測可能なレッドクェーサー10個中8個が、視覚的検査および形態的分析により、進行中のマジョル・マージングの明確な証拠を示した。
• これらのクェーサーの宿主銀河は、bolometric luminosityが log(L_bol) = 47.8–48.3 erg s⁻¹ に達し、いかなる赤方偏移でも観測された中で最も内因的輝度の高いクェーサーである。
• Sérsicプロファイルフィッティングにより、これらの宿主銀河はCANDELS調査で研究された通常のマジョリティ銀河よりも明るいことが判明した。
• 赤色の色を示すにもかかわらず、宿主銀河は一般的にCANDELS銀河よりも青色に近く、3つは顕著に赤色で、星形成爆発に起因する極度のダスト遮蔽を示している。
• 非パラメトリックな形態的分析（Gini、M20、非対称性）により、最も極端な二核型ULIRGsと広く一致し、マージング駆動型起源を確認した。
• この明るいサンプルにおけるマージング率は、z ~ 2におけるマージング駆動型AGN活動モデルと整合的であり、最も明るいクェーサーの主な駆動要因としてマジョル・マージングが支配的であることを支持する。