[논문 리뷰] Black Hole Growth and Starburst Activity at z=0.6-4 in the Chandra Deep Field South

M. Brusa, F. Fiore외 9명|arXiv (Cornell University)|2009. 10. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 천문학적 깊이 필드 남쪽(CDFS)에서 X선, 적외선 및 K밴드 데이터를 이용해 은하핵이 가려진 활성은하핵(AGN)을 분석하여 은하핵과 은하의 공진화를 조사한다. X선으로 선택된 AGN의 은하핵은 주로 질량이 크며(M_* > 10¹⁰ M_☉), 50%는 활성적인 항성 형성 활동을 보이며, 특히 고적색변위에서 높은 비율로 초거대 은하(M_* > 3×10¹¹ M_☉)를 포함하고 있어, 우주 시간에 따라 AGN-은하핵의 결합이 강하게 진화하고 있음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 먼저, 먼 우주에서 활성 블랙홀과 그 은하핵의 공진화를 이해하는 것.
• 둘째, X선, 적외선 및 가시광선 데이터를 융합하여 AGN와 항성 폭발 주도 천체를 구분함으로써 AGN 식별의 모호함을 해결하는 것.
• 셋째, CDFS의 MUSIC 지역에서 X선으로 선택된 AGN 은하핵의 별 질량, 항성 형성 속도 및 광학적 적색변위를 결정하는 것.
• 넷째, 특히 z > 1에서 은폐된 AGN 은하핵의 성질이 적색변위에 따라 어떻게 진화하는지 평가하는 것.
• 다섯째, 국지 우주에서의 AGN와 비교해 X선으로 선택된 AGN가 더 질량이 크고 항성 형성 활동이 많은 은하와 체계적으로 연관되어 있는지 조사하는 것.

제안 방법

• CDFS에서 L_X > 10⁴² erg s⁻¹인 X선 소스를 탐지하기 위해 1Ms Chandra X선 관측 자료를 사용하여 은폐된 AGN에 초점을 맞춘다.
• VLT의 ISAAC를 이용한 깊은 K밴드 이미징을 통해 정확한 소스 연관 및 신뢰할 수 있는 광학적 적색변위를 확보한다.
• MUSIC 지역의 깊은 데이터를 활용해 X선 소스를 적외선 및 가시광선 대응체와 다중 파장으로 교차 식별한다.
• 휴대형 색상과 적외선 SED(Spitzer 대역)을 사용해 천체를 AGN 주도 또는 항성 폭발 주도로 분류한다.
• K밴드 및 다중 밴드 광학 측정 자료에 대한 SED 피팅을 통해 별 질량(M_*)과 특이 항성 형성 속도(SSFR)를 계산한다.
• 은하핵 성질(M_*, SSFR, 적색변위)을 비교하여 AGN-은하핵 관계의 진화 경향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z=0.6–4 범위의 X선으로 선택된 은폐된 AGN는 주로 질량이 크고 항성 형성 활동이 있는 은하에 주로 존재하는가?
• RQ2 Spitzer 적외선 색상이 X선으로 선택된 AGN에서 AGN 주도와 항성 폭발 주도 적외선 방출을 얼마나 정확히 구분할 수 있는가?
• RQ3 유사한 X선 빛의 세기에서 z>1에서 AGN 은하핵의 별 질량과 항성 형성 속도는 국지 우주에서의 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 X선으로 선택된 AGN 은하핵 중 M_* > 3×10¹¹ M_☉를 초과하는 비율은 얼마이며, 이 비율은 적색변위에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 X선으로 선택된 AGN와 적외선 진단을 통해 선택된 AGN 사이에 은하핵 성질에 체계적인 차이가 있는가?

주요 결과

• X선으로 선택된 AGN(L_X > 10⁴² erg s⁻¹)는 Spitzer 색상이 AGN 주도와 항성 폭발 주도 적외선 방출 둘 다와 일치하며, 이는 적외선 진단만으로는 잘못된 분류가 발생할 수 있음을 시사한다.
• 모든 X선으로 선택된 은폐된 AGN 은하핵은 별 질량 M_* > 10¹⁰ M_☉를 가지며, 그 중 50%는 활성 항성 형성 활동(SSFR > 1 Gyr⁻¹)을 보인다.
• 적색변위 z > 1에서 X선으로 선택된 AGN 은하핵의 상당한 비율(15–20%)이 M_* > 3×10¹¹ M_☉를 초과하며, 이는 국지 우주에서의 비율보다 현저히 높다.
• X선으로 선택된 AGN의 은하핵은 유사한 X선 빛의 세기에서 국지 AGN의 은하핵보다 체계적으로 더 질량이 크고 항성 형성 활동이 더 활발하다.
• 관측된 성질은 고적색변위에서 질량이 크고 항성 형성 활동이 많은 은하핵이 우주 시간에 따라 강하게 진화하고 있음을 시사하며, 이는 AGN-은하핵의 공진화에서 중요한 진화 경향을 반영한다.
• 이 연구는 X선 선택이 항성 폭발 오염으로 인해 적외선 기반 선택에서 놓치게 되는 AGN 집단을 포괄함을 확인한다.