[論文レビュー] The Connection between Mergers and AGN Activity in Simulated and Observed Massive Galaxies

Ray S. Sharma, Ena Choi+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 170被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、高解像度の宇宙論的ズームインシミュレーションと合成されたHSTに類似した観測を用いて、質量の大きな銀河における銀河合体とAGN活動の関連を調査した。主な合体はAGN活動やSMBH成長を顕著に駆動しないが、低赤方偏移におけるまれなガス豊富な合体を除いては、ほとんどの場合、AGNの駆動要因として他の燃料供給機構がより重要であることを示唆している。

ABSTRACT

We analyze a suite of $30$ high resolution zoom-in cosmological hydrodynamic simulations of massive galaxies with stellar masses $M_{\ast} > 10^{10.9} M_\odot$, with the goal of better understanding merger activity in AGN, AGN activity in merging systems, SMBH growth during mergers, and the role of gas content. Using the radiative transfer code extsc{Powderday}, we generate HST-WFC3 F160W synthetic observations of redshift $0.5 < z < 3$ central galaxies, add noise properties similar to the CANDELS survey, and measure morphological properties from the synthetic images using commonly adopted non-parametric statistics. We compare the distributions of morphological properties measured from the synthetic images with a sample of inactive galaxies and X-ray selected AGN hosts from CANDELS. We study the connection between mergers and AGN activity in the simulations, the synthetic images, and the observed CANDELS sample. We find that, in both the simulations and CANDELS, even the most luminous $(L_{ m bol} > 10^{45}$ erg s$^{-1})$ AGN in our sample are no more likely than inactive galaxies $(L_{ m bol} < 10^{43}$ erg s$^{-1})$ to be found in merging systems. We also find that AGN activity is not overall enhanced by mergers, nor enhanced at any specific time in the $1$ Gyr preceding and following a merger. Even gas rich major mergers (stellar mass ratio $>$1:4) do not necessarily enhance AGN activity or significantly grow the central SMBH. We conclude that in the simulated massive galaxies studied here, mergers are not the primary drivers of AGN.

研究の動機と目的

• 質量の大きな銀河におけるAGN活動の主な駆動要因が主な合体であるかどうかを特定すること。
• ガス含有量および合体段階の役割がAGNの駆動およびSMBH成長に与える影響を評価すること。
• 合成画像を用いて、模擬された合体-AGN関係を実際のCANDELS観測と比較すること。
• 合体誘発AGN活動が観測されたAGNの全光度関数および合体率と整合的かどうかを評価すること。
• AGN降着における定常的過程と合体駆動燃料供給の相対的重みを調査すること。

提案手法

• 赤方偏移 $z = 0.5$ から $3$ の間、高解像度の宇宙論的ズームイン流体力学的シミュレーションを用いて 29 個の質量の大きな銀河 ($M_{\rm star} > 10^{10.9} M_\odot$) をシミュレートする。
• Powderday放射移動コードを適用して、CANDELSに類似たPSFおよび画像の接合を有するHST-WFC3 F160Wの模擬観測を生成する。
• シミュレーションデータでトレーニングされたランダムフォレスト分類器を用いて、合成画像内の合体を同定する。非パラメトリックな形態的統計を用いる。
• 質量マッチドコントロールサンプルを用いて、AGNと非活性銀河における合体割合、および合体・非合体システムにおけるAGN割合を比較する。
• 合体段階中のSMBH成長を分析し、AGN全光度およびガス含有量と相関をとる。
• 一貫した解析パイプラインを用いて、合成観測を実際のCANDELSデータと比較することで、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主な合体（質量比が 1:4 よりも大きい）は、質量の大きな銀河におけるAGN活動の主な駆動要因であるか？
• RQ2 シミュレートされた質量の大きな銀河において、合体イベント中にSMBH成長が顕著に増加するか？
• RQ3 さまざまな赤方偏移において、合体システムにおけるAGN割合は非合体システムと比べてどの程度異なるか？
• RQ4 ガス豊富な合体が、観測可能なAGN活動の駆動に赤方偏移に依存して果たす役割はあるか？
• RQ5 シミュレーションからの合成観測が、CANDELSで観測されたAGN-合体関係をどの程度再現できるか？

主な発見

• 主な合体はSMBHを顕著に成長させない。合体状態にいる期間とブラックホール質量の増加に明確な相関は見られない。
• AGNは非活性銀河と比べて合体システムに多く存在するとは限らないが、低赤方偏移（$0.5 < z < 0.9$）ではガス豊富な合体がAGN出現のわずかな増加を示す。
• 最も明るいAGN（$L_{\rm bol} > 10^{45}$ erg s$^{-1}$）は、非活性銀河と比べて合体システムに多く存在するとは限らない。
• ガス豊富な合体は高赤方偏移（$1.5 < z < 3$）で最も一般的であるが、この赤方偏移範囲ではAGN活動の駆動の証拠は見られない。
• 同様の体系的アプローチで解析した場合、シミュレートされたAGN-合体関係はCANDELSの観測結果と整合的である。
• これらの結果は、低赤方偏移における観測可能なAGNの駆動にガス豊富な合体が必要である可能性を示唆するが、中程度の明るさのAGNでは、冷却フロー や定常的過程などの他の燃料供給機構が主な役割を果たしている可能性が高い。