[논문 리뷰] Broadband spectral energy distributions of SDSS-selected quasars and of their host galaxies: intense activity at the edge of the quenching

F. Bianchini, Giulio Fabbian외 4명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 적색편이 1 ≤ z ≤ 5 범위에서 near-UV에서 far-IR에 이르는 파장대역에서 SDSS 활성은하핵의 광역 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)를 복원한다. 이는 Herschel, AKARI, Planck 데이터의 다중파장 광도 및 스택 분석을 통합하여 수행되며, 중간-적외선 영역에서의 과잉과 far-IR 볼록부를 규명함으로써 AGN 휘도 및 항성 형성률 추정치를 향상시키고, far-IR 탐지가 AGN에 의해 유도되는 항성 형성 억제가 진행 중임을 나타내는 징후로 식별된다.

ABSTRACT

We present a multiwavelength reconstruction, from the near-ultraviolet (near-UV) to the far-infrared (far-IR), of the mean spectral energy distribution (SED) of optically selected quasars (QSOs) from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) over the redshift range $1 \le z \le 5$. We achieve this goal by combining photometric information from SDSS, UKIDSS, and WISE surveys as well as complementing with a stacking analysis of Herschel, AKARI, and Planck maps at the location of the QSOs. The near-UV and optical parts of the reconstructed mean rest-frame SED are similar to those found in other studies. However, the SED shows an excess at 1-2 $\mu$m (when compared to the aforementioned SEDs normalized in the near-UV) and a prominent bump around 4-6 $\mu$m, followed by a decrease out to $\sim 20 \,\mu$m and a subsequent far-IR bump. We perform SED fitting to the composite SEDs in order to estimate the average active galactic nuclei (AGN) luminosity $L_{ m AGN}$ and star formation rate (SFR) as function of cosmic time, finding typical $L_{ m AGN} \sim 10^{46} - 10^{47}$ erg/s and SFR $\sim 50 - 1000\, M_{\odot}/$yr. We develop mid-IR based criteria to split the QSO sample, finding that these allow us to move along the average relationship in the $L_{ m AGN}-$SFR plane toward increasing luminosities. We also find the detection in the far-IR band to be an effective criterion to select objects where the star formation is on the verge of being quenched by AGN activity.

연구 동기 및 목표

• 우주 시간에 걸쳐 near-UV에서 far-IR에 이르는 파장대역에서 SDSS로 선별된 활성은하핵의 종합적이고 다중파장 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)를 구축하기 위해.
• SED 피팅 기법을 적용하여 평균 활성은하핵(AGN) 휘도 및 항성 형성률(SFR)이 적색편이에 따라 어떻게 변화하는지 규명하기 위해.
• L_AGN–SFR 평면에서의 위치에 따라 활성은하핵을 분류하기 위한 중간-적외선 기반 기준을 개발하기 위해.
• AGN 피드백에 의한 항성 형성 억제를 진단하기 위해 far-IR 복사가 유의미한 지표가 되는지 확인하기 위해.

제안 방법

• near-UV에서 near-IR 파장대역을 커버하기 위해 SDSS, UKIDSS, WISE 설문의 광도 데이터를 통합한다.
• 활성은하핵 위치에서 Herschel, AKARI, Planck 지도를 스택 분석하여 약한 far-IR 복사를 복원한다.
• 적색편이 구간에 따라 복합 SED를 구성하기 위해 광도 데이터를 공통으로 더하여 평균 에너지 분포를 유도한다.
• 복합 SED에 SED 피팅 기법을 적용하여 다양한 적색편이에서 평균 L_AGN 및 SFR를 추정한다.
• 중간-적외선 대역에서의 상대적 복사 강도 수준에 기반한 중간-적외선 기반 진단 기준을 개발하여 L_AGN–SFR 순서에 따라 활성은하핵을 분류한다.
• 항성 형성 억제가 AGN 활동에 의해 진행 중인 시스템을 식별하기 위해 far-IR 탐지를 선별 기준으로 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색편이 1 ≤ z ≤ 5 범위에서 near-UV에서 far-IR에 이르는 광역 스펙트럼 에너지 분포(SED)는 어떻게 되는가?
• RQ2 이 활성은하핵에서 평균 AGN 휘도 및 항성 형성률은 우주의 시간에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 중간-적외선 광도는 L_AGN–SFR 관계를 따라 활성은하핵을 효과적으로 분리할 수 있는가?
• RQ4 far-IR 복사는 AGN 피드백에 의한 항성 형성 억제가 진행 중임을 신뢰할 수 있는 지표로 기능하는가?

주요 결과

• 복원된 SED는 1–2 µm에서 뚜렷한 과잉과 4–6 µm에서 두드러진 볼록부를 보이며, 이후 약 20 µm에서 감소하고 far-IR 볼록부를 형성한다.
• 연구 범위 내 적색편이에서 평균 AGN 휘도 L_AGN는 10^46 – 10^47 erg/s의 범위에 있다.
• 활성은하핵의 주변 은하에서 평균 항성 형성률(SFR)은 50에서 1000 M☉/yr 사이로, 강한 지속적인 항성 형성이 일어나고 있음을 시사한다.
• 중간-적외선 기반 기준은 L_AGN–SFR 평면에 따라 활성은하핵을 효과적으로 분리할 수 있었으며, 더 높은 AGN 휘도를 가진 시스템의 선별이 가능했다.
• far-IR 탐지는 AGN 피드백에 의해 항성 형성이 곧 억제될 가능성이 있는 시스템과 강하게 연관되어 있다.
• far-IR 복사 성분은 억제 단계를 식별하는 데 핵심적인 역할을 하며, AGN 활동과 주변 은하의 항성 형성 억제 사이에 직접적인 연관성이 있음을 시사한다.