[論文レビュー] UNCOVER: Candidate Red Active Galactic Nuclei at 3

Ivo Labbé, Jenny E. Greene+29 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 28

ひとこと要約

本論文は、Abell 2744 UNCOVER field における 3<z<7 のコンパクトな赤色源のサンプル 26 を特定し、赤化された broad-line AGN の可能性が高く、ALMA non-detections と非常に小さなサイズ (~50 pc) を伴い、 obscured high-z AGN の substantial population の存在を示唆している。

ABSTRACT

The James Webb Space Telescope (JWST) is revolutionizing our knowledge of $z&gt;5$ galaxies and their actively accreting black holes. Using the JWST Cycle 1 Treasury program Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) in the lensing field Abell 2744, we report the identification of a sample of little red dots at $3 &lt; z_{ m{phot}} &lt; 7$ that likely contain highly-reddened accreting supermassive black holes. Using a NIRCam-only selection to F444W$&lt;27.7$ mag, we find 26 sources over the $\sim45$ arcmin$^{2}$ field that are blue in F115W$-$F200W$\sim0$ (or $β_{ m UV}\sim-2.0$ for $f_λ \propto λ^β$), red in F200W$-$F444W = $1-4$ ($β_{ m opt} \sim +2.0$), and are dominated by a point-source like central component. Of the 20 sources with deep ALMA 1.2-mm coverage, none are detected individually or in a stack. For the majority of the sample, SED fits to the JWST+ALMA observations prefer models with hot dust rather than obscured star-formation to reproduce the red NIRCam colors and ALMA 1.2-mm non-detections. While compact dusty star formation can not be ruled out, the combination of extremely small sizes ($\langle r_e angle\approx50$ pc after correction for magnification), red rest-frame optical slopes, and hot dust can by explained by reddened broad-line active galactic nuclei (AGNs). Our targets have faint $M_{ m 1450} \approx -14\ \, { m to} -18$ mag but inferred bolometric luminosities of $L_{ m bol} = 10^{43}-10^{46}$ erg/s, reflecting their obscured nature. If the candidates are confirmed as AGNs with upcoming UNCOVER spectroscopy, then we have found an abundant population of reddened luminous AGN that are at least ten times more numerous than UV-luminous AGN at the same intrinsic bolometric luminosity.

研究の動機と目的

• 高 redshift AGN の faint end とその成長史への制約を動機づける。
• 赤化した accreting black hole をホストする可能性のあるコンパクトな赤色源を光度計測的に同定する。
• 多波長のSEDモデル化を通じて、AGN-dominant の赤色連続体と塵に覆われた星形成を分離する。
• この潜在的なAGN集団のサイズ分布を評価し、宇宙密度を推定する。

提案手法

• 1–4 μm帯（red1|red2）での色と形態基準、およびコンパクトさによって JWST NIRCam 視像のコンパクトな赤色源を選択する。
• PSF+Sérsic の2D光プロファイル適合を共同で実施し、解決不能な発光と拡張発光を区別し、支配的成分を定量化する。
• reddened および unreddened AGN 贡献と宿主銀河成分を含む多成分フィットでSEDをモデル化する。
• 深い ALMA 1.2 mm non-detections を取り入れ、赤色が広がる星形成よりもAGN周囲の温塵によるものかを検証する。
• SEDフィットから総放射光度と Rest-frame UV絶対 magnitude を推定し、倍率補正後のサイズ (r_e) をレンズ効果の影響を考慮して評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JWST/NIRCam imaging は 色と形態の基準を用いて、コンパクトな赤色高赤方偏移 AGN候補の集団を識別できるか？
• RQ2 これらのコンパクトな赤色源は、ほとんどが赤化した broad-line AGN であり、塵に覆われた星形成銀河ではないのか？
• RQ3 レンズ補正後のこれら源の固有サイズはどのくらいで、AGN起源を支持するか？
• RQ4 3<z<7 におけるこの候補赤化AGN集団の推定宇宙密度と総放射光度分布はどのようになるか？

主な発見

• Abell 2744 で約45 arcmin^2 にわたり PSF-dominated のコンパクトな赤色源 26 の予備サンプルを同定。
• 媒介的有効半径は ~54 pc（不確かさを伴う）、レンズ拡大補正後。
• 深い ALMA 1.2 mm データは大多数で非検出を示し、スタック検出なし、単純な広域塵星形成を唯一の説明とするには不適だ。
• SEDフィットは、赤い NIRCam 色と ALMA 非検出を再現するために、熱塵と reddened broad-line AGN の連続体を含むモデルを支持する。
• 源は Rest-UV絶対 magnitude が ~-14 から -18 と淡いが、推定総放射光度は ~10^43–10^46 erg s^-1 で、 obscured または部分的に obscured AGN を意味する。
• スペクトルによる確認が取れれば、同じ bolometric luminosity で UV光度の高いAGNよりも候補が tens of times 多い可能性がある。