[논문 리뷰] Black hole growth and starburst activity at z = 0.6-4 in the Chandra Deep Field South. Host galaxies properties of obscured AGN

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

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 86인용 수 57

한 줄 요약

이 연구는 초신성 블랙홀 성장과 항성 형성의 공진화를 조사하기 위해 천체망원경 깊은 남쪽 천역에서 X선, 적외선 및 K밴드 옵티컬 데이터를 사용하여 은폐된 활성 은하핵(AGN)을 분석한다. X선으로 선택된 은폐된 AGN는 질량이 크고 먼지가 많은 항성 형성 중인 은하에 존재하며, 그 중 50%가 지속적인 항성 형성을 보이고 있다. 또한 적색이동 z > 1 이며 항성 질량이 3×10¹¹ M☉ 이상일 경우 AGN 비율이 약 30%에 이르며, 이는 국소 우주보다 훨씬 높은 비율이다.

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/SSFR1 and M_*>3x10^{11} M_sun, a fraction significantly higher than in the local Universe for AGN of similar luminosities.

연구 동기 및 목표

• 활성 성장 단계 동안 초거대 블랙홀과 그 은하의 공진화를 이해하기 위해.
• 특히 먼지가 많고 질량이 큰 환경에서 적색이동 z = 0.6–4 범위의 은폐된 AGN를 포함하는 은하의 특성을 규명하기 위해.
• 은폐된 AGN가 단순히 방향에 기반한 통합 모델에 따라, 항성 폭발 은하와 선호적으로 연관되어 있는지 평가하기 위해.
• 은하 질량과 적색이동에 따른 AGN 비율을 측정하여 진화적 피드백 모델을 시험하기 위해.
• CDFS의 MUSIC 지역에서 깊은 K밴드 데이터를 사용하여 소스 식별과 광학적 적색이동 추정을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 100만 초의 천체망원경 깊은 남쪽 천역 관측에서 X선 데이터를 활용하여 L_X > 10⁴² erg s⁻¹ 인 179개의 X선 소스를 식별했다.
• MUSIC 지역에서 VLT의 ISAAC를 사용한 깊은 K밴드 광학 측정을 통해 정확한 대응체 식별과 광학적 적색이동 추정을 가능하게 하였다.
• X선, 적외선, 옵티컬 다중 파장 데이터를 융합하여 항성 질량, 항성 형성률(SSFR), 복귀 기준 색상 등의 은하 특성을 유도하였다.
• Spitzer 적외선 색상을 사용하여 AGN 주도 및 항성 폭발 주도 적외선 방출을 구분하였으며, 적외선 진단법으로는 감지되지 않는 AGN를 식별하였다.
• M_BH/M_* 비율을 0.001–0.01로 가정하여 유도된 블랙홀 질량을 사용해 에딩턴 비율(L/LEdd)을 계산하였다.
• 은하 질량과 적색이동에 따른 AGN 비율을 정량화하였으며, 고적색이동 결과를 국소 측정치와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z > 1에서 은폐된 AGN는 질량이 크고 항성 형성이 활발하며 먼지가 많은 환경에서 선호적으로 존재하는가?
• RQ2 Spitzer 적외선 색상이 X선으로 선택된 AGN가 실제로 적외선 진단법으로 감지되지 않는 항성 폭발 주도 시스템임을 어느 정도 나타내는가?
• RQ3 질량이 큰 은하에서 AGN 비율은 적색이동에 따라 어떻게 변화하며, 유사한 빛의 세기에서 국소 우주 값보다 높은가?
• RQ4 은폐된 AGN의 일반적인 에딩턴 비율은 얼마이며, 가정된 M_BH/M_* 비율에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ5 은폐된 AGN의 은하들은 핵심 피드백의 징후, 예를 들어 억제된 항성 형성 또는 교란된 형상 등을 보이는가?

주요 결과

• X선으로 선택된 AGN(L_X > 10⁴² erg s⁻¹)는 Spitzer 색상이 AGN 주도 및 항성 폭발 주도 적외선 방출 모두와 일치하여, 항성 폭발 주도 시스템이 적외선 진단법으로 누락됨을 시사한다.
• X선로 선택된 은폐된 AGN의 모든 은하는 질량이 크며(M_* > 10¹⁰ M☉), 먼지가 많은 환경에서 50%가 지속적인 항성 형성을 보인다(1/SSFR < t_Hubble).
• 활성 핵의 중간값 에딩턴 비율(L/LEdd)은 가정된 M_BH/M_* 비율에 따라 2%에서 10% 사이로 변동한다.
• AGN 비율은 은하 질량에 따라 증가하여, z > 1 이며 M_* > 3×10¹¹ M☉일 경우 약 30%에 이르며, 이는 유사한 빛의 세기에서 국소 우주 값보다 훨씬 높은 비율이다.
• 질량이 크고 고적색이동인 은하에서 관측된 AGN 비율은 국소 기대치를 초월하며, 은폐된 AGN가 은하 구조 형성과의 공진화의 핵심 단계임을 지지하는 모델을 뒷받침한다.
• 결과는 은폐된 AGN가 피드백 조절 성장을 겪고 있는 활발히 항성 형성이 일어나는 질량이 큰 은하에 존재하며, 단순한 방향 기반 통합 모델을 도전하는 공진화 순서를 지지한다.