[논문 리뷰] Comparison of the star formation of X-ray selected active galactic nuclei in eFEDS with star-forming galaxies

G. Mountrichas, V. Buat외 6명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 03.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 eFEDS 설문조사에서 X선으로 선택된 활성은하핵(AGN)의 별 형성률(SFR)을 0.5 < z < 1.5 범위에서 비-AGN 별 형성은하의 SFR와 비교하며, 일관된 광학적 커버리지와 CIGALE를 통한 SED 피팅을 사용한다. 고에너지 X선 복사율(LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹)에서 항성 질량 10.5 < log M∗ < 11.5인 AGN 환경에서는 메인 시퀀스 은하에 비해 SFR이 약 30% 높게 나타나며, 가장 질량이 큰 시스템(log M∗ > 11.5)은 LX ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹에서 SFR이 증가하는 경향을 보이며, 이는 질량이 큰 AGN 환경에서 빛의 세기에 따라 SFR이 증가하는 것으로 나타난다.

ABSTRACT

We use $\sim 1800$ X-ray Active Galactic Nuclei (AGN) in the eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), that span over two orders of magnitude in X-ray luminosity, $ m L_{X,2-10keV} \approx 10^{43-45}\,ergs^{-1}$, and compare their star-formation rate (SFR) relative to that of non-AGN star-forming systems, at $ m 0.5<z<1.5$. For that purpose, we compile a reference galaxy catalogue with $\sim 17000$ sources. Both samples have the same photometric coverage, from optical to far-infrared. We construct the spectral energy distributions (SEDs) of all sources and fit them using the CIGALE code, utilizing the same templates and parametric grid for both samples. We account for the mass incompleteness and exclude quiescent systems from both datasets. These allow us to compare the SFR of the two populations in a uniform manner, minimising systematic effects. Based on our analysis, AGN at low and moderate L$_X$ ($ m L_{X,2-10keV} < 10^{44}\,ergs^{-1}$), have SFR that is lower, or at most, equal to that of star-forming galaxies, in agreement with previous studies. The large number of luminous X-ray AGN available in the eFEDS dataset, enable us to expand our investigations at higher L$_X$ to test previous, tentative results. At $ m L_{X,2-10keV} > 10^{44.2}\,ergs^{-1}$, the SFR of AGN appears enhanced, by $\sim 30\%$, compared to that of star-forming sources, for systems with stellar mass, $ m 10.5 < log\,[M_*(M_\odot)] < 11.5$, confirming indications found in previous studies. The most massive sources $ m log\,[M_*(M_\odot)] > 11.5$, present a flat SFR$_{norm}$-L$_X$ relation up to $ m L_{X,2-10keV} \sim 10^{44.5}\,ergs^{-1}$, with SFR similar to that of star-forming galaxies. However, at higher L$_X$ ($ m L_{X,2-10keV} \sim 10^{45}\,ergs^{-1}$), we find indications that the SFR of these massive AGN hosts may be enhanced compared to that of non-AGN systems.

연구 동기 및 목표

• X선으로 선택된 AGN의 별 형성률(SFR)을 균일하고 체계적인 방식으로 비-AGN 별 형성은하와 비교한다.
• X선 복사율(LX,2−10keV), 적색편이, 항성 질량(M∗)에 따라 AGN 환경의 SFR이 어떻게 변화하는지 넓은 동적 범위에서 조사한다.
• eFEDS에서 확보한 대규모이고 완전한 샘플을 활용해 고에너지 X선 복사율에서 AGN 환경의 SFR이 증가하는지, 특히 질량이 큰 은하에서 그러한 증가가 나타나는지 검증한다.
• AGN 및 비-AGN 샘플 모두에 동일한 SED 피팅, 질량 완전성 보정, 휴면 체계 제거를 적용해 체계적 편향을 최소화한다.
• Boötes 및 COSMOS 영역에서의 이전 결과를 보완하기 위해 더 큰 eFEDS 샘플을 활용해 고 LX에서의 SFR 증가 경향이 확인되거나 보완됨을 확인한다.

제안 방법

• 연구는 eFEDS 설문조사에서 약 1,800개의 X선 AGN와 약 17,000개의 비-AGN 별 형성은하를 대상으로 하며, 0.5 < z < 1.5 범위에서 광학에서 적외선까지 동일한 광학 커버리지를 확보한다.
• 모든 천체의 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 CIGALE 코드를 사용해 동일한 템플릿과 매개변수 그리드를 적용해 구성하고 피팅한다.
• 선택 효과를 보완하기 위해 두 샘플 모두에 질량 완전성 보정을 적용하고, SED 피팅 기반의 통일된 기준을 사용해 휴면 체계를 제거한다.
• SFR 정규화 파라미터(SFRnorm)는 동일한 M∗와 적색편이를 가진 메인 시퀀스 별 형성은하의 SFR에 대한 AGN SFR의 비율로 계산된다.
• 분석은 주로 고에너지 X선 복사율 영역(LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹)과 고항성 질량 영역(log M∗ > 11.5)에서 SFRnorm의 변화를 비교한다.
• 결과는 Boötes 및 COSMOS 영역의 이전 연구와 비교하여 SFR 증가 경향의 일관성과 강도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 X선 복사율에서 X선 AGN 환경의 별 형성률(SFR)은 비-AGN 별 형성은하에 비해 체계적으로 높은가?
• RQ2 특히 가장 질량이 큰 시스템(log M∗ > 11.5)에서 AGN 환경의 SFR은 항성 질량에 따라 달라지는가?
• RQ3 AGN 환경에서 SFR 증가 경향이 통계적으로 유의미해지는 X선 복사율 임계값은 무엇이며, 이 값은 은하 질량에 따라 달라지는가?
• RQ4 eFEDS에서의 SFRnorm–LX 관계는 Boötes와 같이 더 작은, 얕은 설문조사와 어떻게 비교되는가, 특히 고에너지 LX 영역에서?
• RQ5 작은 영역(예: Boötes)에서의 선택 효과는 eFEDS와 같이 더 큰, 더 깊은 설문조사에서 관측된 SFR 증가 경향을 가려내는가?

주요 결과

• 낮은 또는 중간 수준의 X선 복사율(LX,2−10keV < 10⁴⁴ erg s⁻¹)에서는 X선 AGN의 SFR이 메인 시퀀스 별 형성은하와 같거나 낮으며, 이는 이전 연구와 일치한다.
• 항성 질량 10.5 < log M∗(M⊙) < 11.5인 AGN 환경에서는 LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹일 때 비-AGN 별 형성은하에 비해 SFR이 약 30% 높게 나타난다.
• 가장 질량이 큰 시스템(log M∗(M⊙) > 11.5)에서는 LX,2−10keV ~ 10⁴⁴.⁵ erg s⁻¹까지 SFRnorm–LX 관계가 평탄하며, SFRnorm ~ 1로 나타나 낮은 복사율에서는 유의미한 증가가 없다.
• 더 높은 X선 복사율(LX,2−10keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹)에서는 가장 질량이 큰 AGN 환경에서 SFRnorm이 유의미하게 증가하며, 약 2배의 증가를 보이며, 이는 극한의 복사율에서 SFR 증가가 일어남을 시사한다.
• 작은 Boötes 영역에서는 고에너지 LX에서의 AGN 환경에서의 SFR 증가 경향을 관측할 수 없었으며, 이는 그 영역이 eFEDS보다 약 12배 작기 때문에 선택 효과 때문일 가능성이 높다.
• 결과는 이전에 Boötes와 COSMOS에서의 추정 결과를 확인하고 확장하며, AGN 환경에서의 SFR 증가가 빛의 세기와 질량에 따라 달라지며, 특히 LX > 10⁴⁴.² erg s⁻¹일 때 두드러진다는 것을 입증한다.