[논문 리뷰] The LoTSS view of radio AGN in the local Universe. The most massive galaxies are always switched on

J. Sabater, P. N. Best외 19명|Open Research Online (The Open University)|2018. 11. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 119인용 수 44

한 줄 요약

본 논문은 LoTSS DR1과 SDSS DR7를 교차 매칭하여 지역 라디오 AGN을 식별하고, 이들의 지역 150 MHz 광도 함수를 도출하며, 질량이 가장 큰 은하일수록 항상 라디오-AGN 활동을 하고 있음을 보이며, 듀티 사이클(duty cycle)과 피드백에 대한 시사점을 제시한다.

ABSTRACT

This paper presents a study of the local radio source population, by cross-comparing the data from the first data release (DR1) of the LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) with the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR7 main galaxy spectroscopic sample. The LoTSS DR1 provides deep data (median rms noise of 71 $\mathrmμ$Jy at 150 MHz) over 424 square degrees of sky, which is sufficient to detect 10615 (32 per cent) of the SDSS galaxies over this sky area. An improved method to separate active galactic nuclei (AGN) accurately from sources with radio emission powered by star formation (SF) is developed and applied, leading to a sample of 2121 local ($z < 0.3$) radio AGN. The local 150 MHz luminosity function is derived for radio AGN and SF galaxies separately, and the good agreement with previous studies at 1.4 GHz suggests that the separation method presented is robust. The prevalence of radio AGN activity is confirmed to show a strong dependence on both stellar and black hole masses, remarkably reaching a fraction of 100 per cent of the most massive galaxies ($> 10^{11} \mathrm{M_{\odot}}$) displaying radio-AGN activity with $L_{ m 150 MHz} \geq 10^{21}$W Hz$^{-1}$; thus, the most massive galaxies are always switched on at some level. The results allow the full Eddington-scaled accretion rate distribution (a proxy for the duty cycle) to be probed for massive galaxies. More than 50 per cent of the energy is released during the $\le 2$ per cent of the time spent at the highest accretion rates, $L_{\mathrm{mech}}/L_{\mathrm{Edd}} > 10^{-2.5}$. Stellar mass is shown to be a more important driver of radio-AGN activity than black hole mass, suggesting a possible connection between the fuelling gas and the surrounding halo. This result is in line with models in which these radio AGN are essential for maintaining the quenched state of galaxies at the centres of hot gas haloes.

연구 동기 및 목표

• 국부 우주에서 라디오 AGN의 보편성을 항성 질량과 블랙홀 질량의 함수로 정량화한다.
• 강건한 다중 진단 기법을 개발하고 적용하여 라디오 AGN과 항성 형성으로 인한 라디오 방출을 구분한다.
• 지역 150 MHz 광도 함수를 라디오 AGN 및 항성 형성 은하에 대해 도출한다.
• 거대 은하에 대한 Eddington 규모의 축적률 분포(듀티 사이클)를 조사한다.
• 항성 질량이 블랙홀 질량보다 라디오-AGN 활동에 미치는 영향을 평가하고 뜨거운 홀에서의 피드백에 대한 시사점을 논의한다.

제안 방법

• 424 제곱도(deg^2) 영역에 걸쳐 LoTSS DR1 150 MHz 라디오 데이터를 SDSS DR7 메인 은하 분광 샘플과 교차 매칭한다.
• 네 가지 진단 체계(D4000 대 L150/M*, BPT 선 비율, L_Halpha 대 L150, WISE 색상)를 사용하여 라디오 AGN과 항성 형성 은하를 구분한다.
• 오진을 최소화하기 위해 H-ATLAS/Gürkan 등(2018) 샘플과 비교하여 진단 조합을 보정한다.
• 교차 진단 일관성을 위해 표준 스펙트럴 인덱스(alpha = 0.7)을 사용해 150 MHz 광도를 변환한다.
• 최종 라디오-AGN 대 SF 샘플로 분류를 합산하고 오염률을 ≤3%로 추정한다.
• AGN 및 SF 은하에 대한 지역 150 MHz 광도 함수를 도출하고 1.4 GHz 결과와 비교하여 견고성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국부 은하에서 항성 질량과 블랙홀 질량의 함수로 라디오 AGN의 보편성은 어느 정도인가?
• RQ2 가장 거대 질량 은하들에서 Eddington 규모의 축적률 분포(듀티 사이클)는 어떻게 나타나는가?
• RQ3 깊은 LOFAR 데이터에서 다중 진단 체계가 라디오 AGN과 항성 형성 방출을 신뢰성 있게 구분하는가?
• RQ4 LoTSS에서 도출된 150 MHz 광도 함수가 이전의 1.4 GHz 연구와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 라디오-AGN 활동과 듀티 사이클이 거대 은하의 뜨거운 가스든 반영에서는 어떤 피드백 시사점을 제공하는가?

주요 결과

• 로컬 샘플(z < 0.3)에서 2121개의 소스가 라디오 AGN으로 분류되고 8494개는 SF-지배적 라디오 방출로 분류된다.
• 라디오-AGN 활동의 보편성은 항성 질량과 블랙홀 질량에 크게 의존하며, 질량이 가장 큰 은하들(>10^11 M_sun)은 L150MHz ≥ 10^21 W Hz^-1에서 완전한 100% 분율로 라디오-AGN 활동을 보인다.
• AGN에 대해 도출된 지역 150 MHz 광도 함수는 1.4 GHz 연구와 일치하여 분리 방법의 견고성을 시사한다.
• 거대 은하의 Eddington 축적율 분포는 L_mech/L_Edd ≈ 10^-5에서 피크를 보며, L_mech/L_Edd > 10^-2.5인 상위 2% 시간대에는 에너지의 50% 이상이 방출된다.
• 항성 질량이 블랙홀 질량보다 라디오-AGN 활동의 주요 촉진 요인으로 작용하는 것으로 나타나, 공급 가스와 둘러싼 홀의 연결 고리 및 핫 홀에서의 유지 규칙 모델에 대한 피드백의 가능성을 지지한다.