[논문 리뷰] Major Mergers Host the Most Luminous Red Quasars at z ~ 2: A Hubble Space Telescope WFC3/IR Study

Eilat Glikman, Brooke Simmons외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 08.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡 WFC3/IR 영상 자료를 사용하여 z ~ 2에서 관측된 11개의 빛나는 빨간 퀘이사의 은하계 환경을 분석하여, 그 중 10개 중 8개가 주요 융합 시스템 내에 존재하는 것으로 밝혀졌다. 결과는 블랙홀 성장의 융합 유도 모델을 지지하며, 우주의 블랙홀 및 별 형성 활동의 정점 시기에 가장 빛나는 퀘이사들이 주로 주요 융합에 의해 유도된다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We used the Hubble Space Telescope WFC3 near-infrared camera to image the host galaxies of a sample of eleven luminous, dust-reddened quasars at z ~ 2 -- the peak epoch of black hole growth and star formation in the Universe -- to test the merger-driven picture for the co-evolution of galaxies and their nuclear black holes. The red quasars come from the FIRST+2MASS red quasar survey and a newer, deeper, UKIDSS+FIRST sample. These dust-reddened quasars are the most intrinsically luminous quasars in the Universe at all redshifts, and may represent the dust-clearing transitional phase in the merger-driven black hole growth scenario. Probing the host galaxies in rest-frame visible light, the HST images reveal that 8/10 of these quasars have actively merging hosts, while one source is reddened by an intervening lower redshift galaxy along the line-of-sight. We study the morphological properties of the quasar hosts using parametric Sersic fits as well as the non-parametric estimators (Gini coefficient, M_{20} and asymmetry). Their properties are heterogeneous but broadly consistent with the most extreme morphologies of local merging systems such as Ultraluminous Infrared galaxies. The red quasars have a luminosity range of log(L_bol) = 47.8 - 48.3 (erg/s) and the merger fraction of their AGN hosts is consistent with merger-driven models of luminous AGN activity at z=2, which supports the picture in which luminous quasars and galaxies co-evolve through major mergers that trigger both star formation and black hole growth.

연구 동기 및 목표

• z ~ 2에서 블랙홀 및 별 형성 활동의 정점 시기인 은하와 초거대 블랙홀의 상호진화 모델이 융합 기반으로 작동하는지 테스트하기 위해.
• 가장 빛나는 퀘이사들이 '폭발형 단계' 모델이 예측한 바와 같이 융합 중인 은하에 의해 주로 수용되는지 확인하기 위해.
• 고해상도 허블 우주망원경 영상 자료를 활용해 휴대적 광학 영역에서 퀘이사 은하계의 형태적 특성을 규명하기 위해.
• 가장 빛나는 빨간 퀘이사의 융합 비율을 평가하고, AGN 및 은하 상호진화 모델과 비교하기 위해.

제안 방법

• FIRST+2MASS 및 UKIDSS+FIRST 조사에서 확보한 z ~ 2의 먼지로 빛이 붉어진 11개의 퀘이사에 대해 깊은 적외선 영역 HST WFC3/IR 영상 자료를 확보하였다.
• 세 개의 넓은 적외선 필터에서 PSF 모델링을 수행하여 퀘이사의 점원천 빛을 제거하고 은하계 형태를 분리하였다.
• Sérsic 프로파일 피팅을 적용하여 은하계의 구조 및 빛의 세기를 정량화하였다.
• 비모수적 형태 분석 지표(Gini, M20, 비대칭성)를 사용하여 은하계 형태를 분류하고 지역의 ULIRGs와 비교하였다.
• Sérsic 피팅에서 유도된 광량을 통합하여 은하계의 빛의 세기를 산정하고 CANDELS 조사의 은하들과 비교하였다.
• 진짜 융합 은하계를 분리하기 위해 앞서 있는 은하에 의해 붉어진 한 개의 소스를 식별하고 제외하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ~ 2에서 가장 빛나는 퀘이사들이 융합 기반 AGN 연료 공급 모델이 예측한 바와 같이 주요 융합 은하계에 의해 수용되는가?
• RQ2 이 고광도 빨간 퀘이사 은하계의 형태적 특성은 지역의 초광도 적외선 은하계(ULIRGs)와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 z ~ 2에서 가장 빛나는 빨간 퀘이사들 사이에서 융합 비율은 얼마이며, 낮은 광도 AGN 샘플과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ4 이 빛나는 빨간 퀘이사의 은하계가 빛의 세기, 색상, 형태 측면에서 ULIRG 유사 특성을 보이는가?
• RQ5 관측된 은하계 형태는 융합 기반 퀘이사 진화 시퀀스의 '폭발형 단계'와 일치하는가?

주요 결과

• z ~ 2에서 관측 가능한 빨간 퀘이사 10개 중 8개가 시각적 점검과 형태 분석을 통해 현재 진행 중인 주요 융합의 명백한 증거를 보였다.
• 이 퀘이사들의 은하계는 블랙홀 빛의 세기를 log(L_bol) = 47.8–48.3 erg s⁻¹로 측정되어, 어떤 적색편이에서도 관측된 바 가장 내재적으로 빛나는 퀘이사들이다.
• Sérsic 프로파일 피팅 결과, 이 은하계는 CANDELS 조사에서 연구된 일반적인 질량이 큰 은하계보다 더 밝은 것으로 나타났다.
• 비록 빨간 색을 띠지만, 은하계는 일반적으로 CANDELS 은하계보다 더 파란 색을 띠었으며, 세 개는 상당히 빨간색이었는데, 이는 별 폭발로 인한 극도의 먼지 차폐를 시사한다.
• 비모수적 형태 분석(Gini, M20, 비대칭성) 결과, 가장 극단적인 이중핵 ULIRGs와 넓은 일치를 보였으며, 융합 기반 기원을 확인하였다.
• 이 고광도 샘플에서의 융합 비율은 z ~ 2에서 AGN 활동의 융합 기반 모델과 일치하며, 가장 빛나는 퀘이사들의 주요 힘든 원인이 주로 주요 융합임을 지지한다.