[논문 리뷰] The radio-loud AGN population at z>~1 in the COSMOS field. I. Selection and Spectral Energy Distributions

R. D. Baldi, A. Capetti외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 59인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 COSMOS 영역 내에서 옵티컬, 적외선 및 FIRST 라디오 데이터를 교차 매칭하여 적색편이 z ≳1인 74개의 라디오 강도가 높은 활성은하핵(RL AGN)을 선별하였다. SED 모델링을 2SPD 코드를 사용하여 수행한 결과, 이 샘플의 라디오 휘도는 10^31.5에서 10^34.3 erg s⁻¹ Hz⁻¹의 범위를 가지며, 은하핵의 항성 질량은 10^10–10^11.5 M⊙이며, 대부분의 경우 오래된 항성 집단(~1–3 Gyr)을 보이고 있으나, 절반은 AGN 또는 항성 형성과 관련된 자외선 및 중간 적외선 과잉을 나타내며, 먼지 온도는 최대 1200 K, 자외선 휘도는 2000 Å에서 최대 10^45.5 erg s⁻¹에 이르렀다.

ABSTRACT

We select a sample of radio galaxies at high redshifts (z>~1) in the COSMOS field, by cross-matching optical/infrared images with the FIRST radio data. The aim of this study is to explore the high-z radio-loud (RL) AGN population at much lower luminosities than the classical samples of distant radio sources and similar to those of the local population of radio galaxies. The wide multiwavelength coverage provided by the COSMOS survey allows us to derive their Spectral Energy Distributions (SEDs). The SED modeling with stellar and dust components (with our code 2SPD) returns several important quantities associated with the AGN and host properties. The final sample consists of 74 RL AGN, which extends the sample previously selected by Chiaberge et al. (2009) and studied by Baldi et al. (2013). The resulting photometric redshifts range from z~0.7 to 3. The sample mostly includes compact radio sources, but also 21 FRIIs; the radio power distribution of the sample at 1.4 GHz covers ~10^(31.5)-10^(34.3) \erg\s\Hz. The stellar mass of the hosts ranges ~10^(10)-10^(11.5) M_{sun}. The SEDs are dominated by the contribution from an old stellar population for most of the sources. UV and mid-IR (MIR) excesses are observed for half of the sample. The dust luminosities are in the range L_(dust) ~10^(43)-10^(45.5) erg/s (T ~350-1200 K). UV luminosities at 2000 A ranges ~10^(41.5)-10^(45.5) erg/s. UV emission is significantly correlated with both IR and radio luminosities, the former being the stronger link. However, the origin of UV and dust emission, whether it is produced by the AGN of by star formation, is still unclear. Our results show that this RL AGN population at high redshifts displays a wide variety of properties from possible quasars at the highest luminosities, to low-luminosity old galaxies, similarly to the local FRI-FRII dichotomy.

연구 동기 및 목표

• COSMOS 영역 내 고적색편이(z ≳1) 라디오 강도가 높은 AGN의 대표적 샘플을 식별하고 특성화하여, 고적색편이 라디오 은하의 휘도 함수에 존재하는 격차를 메우는 것.
• 은하진화에서 AGN 피드백이 핵심 역할을 했을 수 있는 천체역사적 시기에 AGN 활동, 은하핵 성질, 라디오 휘도 간의 연관성을 탐색하는 것.
• 이 고적색편이 RL AGN에서 관측된 자외선 및 중간 적외선 과잉의 기원을 규명하여, AGN 기여와 항성 형성 기여를 구분하는 것.

제안 방법

• COSMOS 설문의 옵티컬 및 적외선 광도 데이터를 FIRST 1.4 GHz 라디오 데이터와 교차 매칭하여 고적색편이 라디오 강도가 높은 AGN를 식별하는 것.
• 오래된 항성 집단과 젊은 항성 집단, 먼지 방출을 모두 포함하는 2SPD SED 모델링 기법을 적용하여 물리적 성질을 유도하는 것.
• 다중 파장 SED 피팅을 통해 유도된 광도적 적색편이를 사용하여, 소스의 적색편이 범위 z ∼ 0.7–3을 제약하는 것.
• 라디오 휘도와 형태를 분석하여 소스를 저출력(LP) 또는 고출력(HP)으로 분류하고, 지역의 FR I 및 FR II 라디오 은하와 비교하는 것.
• 자외선 및 중간 적외선 과잉의 기원을 분석하기 위해, 알려진 AGN 및 항성 형성 은하 템플릿과 비교하여 휘도, 스펙트럼 기울기 및 먼지 온도를 분석하는 것.
• 라디오, 자외선, 적외선 휘도 간의 상관관계를 평가하여 다중파장 방출의 물리적 원인을 추론하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 COSMOS 영역에서 선별된 고적색편이(z ≳1) 라디오 강도가 높은 AGN 샘플에서 라디오 휘도, 은하핵 항성 질량, 적색편이의 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 이 고적색편이 RL AGN에서 관측된 자외선 및 중간 적외선 과잉은 AGN 기여와 항성 형성 기여 중 어느 쪽에서 기인하는가? 먼지 온도는 이러한 기여를 어떻게 설명하는가?
• RQ3 은하핵 항성 집단 연령, 먼지 함량, 휘도 측면에서 고적색편이 RL AGN의 SED 성질은 지역의 FR I 및 FR II 라디오 은하와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 이 고적색편이 샘플에서 라디오 휘도와 자외선 또는 적외선 방출 간의 상관관계는 어느 정도 강도를 가지며, 그 성격은 어떠한가?
• RQ5 관측된 SED 다양성은 AGN 지배성, 오래된 항성 집단, 항성 형성의 조합으로 설명될 수 있는가, 아니면 추가적인 물리적 메커니즘이 필요할까?

주요 결과

• 이 샘플은 COSMOS 다중파장 데이터와 FIRST 라디오 카탈로그를 교차 매칭하여 선별된 74개의 라디오 강도가 높은 AGN로, 적색편이 범위는 z ∼ 0.7에서 3이다.
• 라디오 휘도는 10^31.5에서 10^34.3 erg s⁻¹ Hz⁻¹의 범위를 가지며, 지역의 FR I/FR II 전이 영역을 커버한다.
• 은하핵의 항성 질량은 10^10에서 10^11.5 M⊙ 사이이며, 대부분은 약 ~1–3 Gyr의 오래된 항성 집단을 포함하고 있다.
• 샘플의 절반은 유의미한 자외선 및/또는 중간 적외선 과잉을 나타내며, 먼지 휘도는 10^43에서 10^45.5 erg s⁻¹, 먼지 온도는 350에서 1200 K 사이이다.
• 2000 Å에서의 자외선 휘도는 10^41.5에서 10^45.5 erg s⁻¹의 범위를 가지며, 적외선 및 라디오 휘도와 유의미하게 상관관계가 있으며, 적외선 관련성이 더 강하다.
• 자외선 및 MIR 과잉은 항성 형성만으로는 설명되지 않으며, 특히 고출력 소스에서 높은 먼지 온도를 보일 경우 AGN에 의해 유도된 먼지 가열을 시사한다.