[논문 리뷰] AGNs and Starbursts: What Is the Real Connection?

Luis C. Ho|arXiv (Cornell University)|2005. 11. 06.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 활성은하핵(AGNs)과 성간폭발성 별 형성 간의 물리적 연결성을 조사하며, 빛나는 AGNs에서의 성간폭발성 인구를 통해 인과적 연관성이 강력한 관측적 증거를 발견한다. 풍부한 가스가 존재함에도 불구하고 AGN 환경에서는 피드백으로 인해 별 형성이 억제되며, 퀘이사에서의 적외선 방출은 주로 AGN에 의해 공급되며, 별 형성률을 적외선 빛의 강도에서 유추하는 데서 도전하는 가정을 도외시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 빛나는 은하에서 AGN 활동과 별 형성이 물리적으로 연결되어 있는지 여부를 규명하는 것.
• 가스가 풍부한 은하주변에서 AGN 피드백이 별 형성 효율을 저하시키는 역할을 하는지 평가하는 것.
• 퀘이사에서의 적외선 방출 기원을 규명하여, 젊은 별에 의한 가열과 AGN의 질량흡착에 의한 가열을 구분하는 것.
• 은폐 메커니즘 측면에서 유형 1과 유형 2 퀘이사 간의 별 형성률 차이를 조사하는 것.
• 활성핵의 오염를 보완하여 [O II] 복사선을 트레이서로 사용해 AGNs 내에서의 지속적인 별 형성률을 정량화하는 것.

제안 방법

• 중간연령의 성간폭발성 인구를 나타내는 A형 항성의 존재 여부를 확인하기 위해 AGNs의 광학 흡수선 스펙트럼을 분석하는 것.
• 유형 2 AGNs의 슬론 디지털 스카이 서베이(SDSS) 샘플을 사용하여 성간폭발성 비율이 AGN 빛의 세기에 따라 어떻게 변화하는지 분석하고 통계적 유의성을 확립하는 것.
• [O II] λ3727 복사선 강도를 측정하여 지속적인 별 형성률(SFRs)을 직접 트레이서로 사용하고, 활성핵에 의한 오염를 보정하는 것.
• [O II]로 유도된 SFRs를 적외선(FIR) 빛의 세기에 기반한 SFRs와 비교하여, FIR 방출이 별에 의한 것인지 AGN의 질량흡착에 의한 것인지 테스트하는 것.
• SDSS 유형 2 퀘이사의 복합 스펙트럼을 분석하여 [O II]/[O III] 복사선 비율이 유형 1 퀴아사와 비교해 어떻게 다른지 분석하고, 별 형성 활동의 차이를 밝혀내는 것.
• 이온화 및 열적 구조 모델링을 통해 AGN 피드백이 분자구름에 미치는 영향을 평가하고, 별 형성 효율 저하의 원인을 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 별 형성과 AGN 활동 간에 직접적인 인과적 연관성이 존재하는가, 아니면 관측된 공존은 순전히 우연인가?
• RQ2 풍부한 분자가스가 존재하는 데도 불구하고 AGN 환경에서 별 형성 효율이 비정상적으로 낮은 이유는 무엇인가?
• RQ3 퀘이사에서의 적외선 방출이 젊은 별에 의한 것인지 AGN의 질량흡착 에너지에 의한 것인지 어느 정도까지 차지하는가?
• RQ4 왜 유형 2 퀘이사는 유형 1 퀴아사보다 상당히 높은 별 형성률을 보이며, 이는 은폐 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 AGN 피드백은 어떻게 은하주변에서 별 형성을 억제하며, 관측된 낮은 SFRs를 뒷받침하는 물리적 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 빛나는 AGNs에서 뚜렷한 성간폭발성 인구가 관측되며, 이 비율은 AGN 빛의 세기에 비례해 증가함으로써 인과적 연관성이 뚜렷한 증거가 된다.
• 유형 1 퀘이사에서는 풍부한 분자가스가 존재함에도 불구하고 지속적인 별 형성률이 매우 낮으며, 연간 몇 개의 태양질량 수준이다.
• PG 퀘이사 샘플에서 [O II]로 유도된 SFRs는 FIR 빛의 세기에 기반한 추정 SFRs보다 최소 한 계급 이상 낮으며, 이는 대부분의 적외선 방출이 별이 아닌 AGN에 의해 공급됨을 시사한다.
• 유형 2 퀘이사는 유형 1 퀴아사보다 [O II]/[O III] 복사선 비율이 약 한 계급 높으며, 이는 약 20 M☉ yr⁻¹ 수준의 높은 SFR을 암시하며, 지역 성간폭발성과 유사하다.
• AGN 환경에서의 낮은 별 형성 효율은 AGN 피드백이 가스가 풍부한 환경에서도 별 형성을 억제함을 시사한다.
• 데이터는 FIR 방출이 별 형성과 관련된다고 가정하는 것에 도전하며, AGN에 의한 가열이 먼지 방출에서 별에 의한 가열과 유사하게 나타날 수 있음을 보여준다.