[논문 리뷰] Host Galaxies of the High-redshift AGNs in the GOODS Fields

Masayuki Akiyama|CERN Bulletin|2005. 05. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 58인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 HST/ACS 적외선 영상으로 얻은 자료를 사용하여 GOODS 영역 내 31개의 고적도 AGN(2 < z < 4)의 은하계 주변을 분석하여 UV 복사능과 별질량 한계를 도출한다. 연구 결과, 은하계 주변은 중간 수준의 항성 형성률(<40 M☉ yr⁻¹)을 보이며, 고적도 AGN이 저적도 AGN보다 더 높은 Eddington 비율을 가진다면 국소 Mbulge–M• 관계와 일치하는 것으로 나타났다. 이는 초기 은하에서 블랙홀의 성장 속도가 더 빠를 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The star-formation rates and the stellar masses of the host galaxies of AGNs at high-redshifts are keys to understanding the evolution of the relation between the mass of the spheroidal component of a galaxy and the mass of its central black hole. We investigate the host galaxies of 31 AGNs with spectroscopic redshifts between 2 and 4 found in the deep Chandra surveys of the GOODS fields with the ACS images. The sample can be divided into 17 ``extended'' AGNs and 14 ``compact'' AGNs based on the concentration parameter defined as the difference between the aperture magnitudes with 0.07" and 0.25" diameter. We derive upper limits of the UV luminosities of the host galaxies of the ``compact'' AGN sample, and upper and lower limits of the UV luminosities of the host galaxies of the ``extended'' AGN sample.These limits are consistent with the knee of the luminosity function of the Lyman Break Galaxies (LBGs) at z=3, suggesting moderate star-formation rates, less than 40 Msolar/yr, in the host galaxies of the AGNs at 2

연구 동기 및 목표

• AGN의 은하계 특성을 측정하여 고적도에서 블랙홀과 은하계의 공진화를 이해하고자 한다.
• 광학적 한계를 이용하여 2 < z < 4 범위의 AGN 은하계 주변의 항성 형성률과 별질량을 결정하고자 한다.
• 고적도에서 Mbulge–M• 관계가 국소 우주와 다를지 테스트하고자 한다.
• 관측된 은하계 특성이 저적도 AGN에 비해 고적도 AGN에서 더 높은 Eddington 비율을 암시하는지 평가하고자 한다.

제안 방법

• HST/ACS의 F606W, F775W, F850LP 대역 영상 자료를 사용하여 은하계 형태를 분석한다.
• 0.′′07 및 0.′′25에서의 개구대 강도를 기반으로 산출된 농도 계수를 바탕으로 AGN을 '콤팩트'와 '확장형'으로 분류한다.
• 광학적 측정과 SED 모델링을 통해 은하계의 UV 복사능에 대한 상한과 하한을 유도한다.
• UV 복사능 한계를 관측된 K-대역 magnitude와 조합하여 별질량에 대한 상한과 하한을 유도한다.
• 표준 비틀림 질량 추정 방법을 가정하여 CIV 선 폭과 UV 절대 magnitude에서 블랙홀 질량을 추정한다.
• 유도된 별질량 한계를 국소 Mbulge–M• 관계와 비교하여 Eddington 비율의 진화를 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적도 AGN(2 < z < 4)의 은하계 주변은 UV 복사능 한계를 바탕으로 중간 또는 강한 항성 형성을 보이나?
• RQ2 고적도 AGN 은하계 주변의 별질량은 국소 Mbulge–M• 관계와 일치하는가, 아니면 다른 척도가 필요한가?
• RQ3 고적도에서 관측된 Mbulge–M• 관계의 괴리로 인해 이 AGN들이 저적도 AGN에 비해 더 높은 Eddington 비율을 가져야 하는가?
• RQ4 관측된 은하계 특성은 블랙홀 질량과 음식물 공급에 대한 표준 가정 하에 국소 Mbulge–M• 관계와 일치할 수 있는가?

주요 결과

• 콤팩트 AGN의 UV 복사능 한계는 항성 형성률이 40 M☉ yr⁻¹ 이하임을 암시하며, 중간 수준의 항성 형성과 일치한다.
• 확장형 AGN의 UV 복사능 한계는 z ~ 3에서 라이만 브레이크 은하 복사능 함수의 무릎 부분과 일치한다.
• 확장형 AGN 은하계 주변의 별질량 상한은 10¹⁰에서 10¹² M☉ 범위이며, 상당한 불확실성이 수반된다.
• 유도된 별질량은 고적도 AGN이 저적도 AGN보다 더 높은 Eddington 비율을 가진다면 국소 Mbulge–M• 관계와 일치한다.
• CIV 선 폭과 UV 절대 magnitude에서 유도된 블랙홀 질량는 Eddington 비율 0.3–1.3을 암시하며, 일반적인 저광도 AGN보다 높다.
• 결과는 고적도 AGN의 블랙홀이 은하계의 별성 구조보다 더 빠르게 성장했을 가능성이 있거나, Mbulge–M• 관계가 우주의 시간에 따라 진화했을 수 있음을 암시한다.