[论文解读] A low-luminosity type-1 QSO sample: II. Tracing circumnuclear star formation in HE 1029-1831 with SINFONI

G. Busch, Semir Smajić+7 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Dec 5, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 118被引用 8

一句话总结

本研究利用SINFONI积分场光谱技术追踪了低光度型1类类星体HE 1029-1831的核区恒星形成活动，揭示了其内1千秒差距区域内存在约1亿年前的恒星爆发。关键发现是，在非活动星系中观测到的$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系偏离，是由于年轻恒星种群导致的星系核球过亮，而非黑洞质量过小。

ABSTRACT

Circumnuclear star formation and AGN feedback is believed to play a critical role in the context of galaxy evolution. The low-luminosity QSO (LLQSO) sample that contains 99 of the closest AGN with redshift z<=0.06 fills the gap between the local AGN population and high-redshift QSOs that is essential to understand the AGN evolution with redshift. In this paper, we present the results of near-infrared H+K-integral field spectroscopy of the inner kiloparsecs of the LLQSO HE 1029-1831 with SINFONI. Line maps show that ionized hydrogen gas is located in spiral arms within the stellar bar and in a circumnuclear ring. Line fluxes and diagnostic line ratios indicate recent or ongoing star formation in the circumnuclear region and the presence of young and intermediate-age stellar populations in the bulge. In particular, we find traces of an intense starburst in the circumnuclear region that has begun around 100 Myr ago but has declined to a fraction of the maximum intensity now. We estimate the dynamical bulge mass and find that the galaxy follows published M_BH-M_bulge relations. However, bulge-disk decomposition of the K-band image with BUDDA reveals that HE 1029-1831 does not follow the M_BH-L_bulge relations of inactive galaxies. We conclude that the deviation from M_BH-L_bulge relations of inactive galaxies in this source is rather caused by young stellar populations and not by an undermassive black hole.

研究动机与目标

• 研究核区恒星形成在低光度型1类类星体中的作用，特别是在活动星系核反馈与星系演化背景下的意义。
• 解决活跃星系与非活跃星系之间$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系差异的问题。
• 确定HE 1029-1831中$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系的偏离是由于黑洞质量过小，还是年轻恒星种群导致的核球过亮。
• 利用高分辨率光谱研究核区电离气体与分子气体的空间分布及物理条件。
• 评估核球的动力学质量，并与$M_{\mathrm{BH}}-M_{\mathrm{bulge}}$关系比较，以评估共同演化模型。

提出的方法

• 利用甚大望远镜上的自适应光学系统配合SINFONI，获取HE 1029-1831在近红外$H$-和$K$-波段的积分场光谱，空间分辨率达0.13"（110 pc）。
• 通过电离气体发射线（H II、Brγ）和激波示踪线（[Fe ii]）追踪核区区域的恒星形成与气体动力学。
• 使用Budda代码对$K$-波段图像进行核球-盘面分解，分离核球与盘面成分，并推导出核球的光度。
• 从恒星运动学估算核球的动力学质量，并与$M_{\mathrm{BH}}-M_{\mathrm{bulge}}$关系进行比较。
• 利用$M_{*}/L_{K}$比值和Brγ等效宽度推断核球中恒星种群的年龄与质量，采用Starburst99模型进行拟合。
• 根据谱线流量与CO基估算法计算电离氢质量（$M_{{H\textsc{ii}}}=2.9\times 10^{7}\,M_{\odot}$）与冷分子氢质量（$M_{\mathrm{H}_{2},\mathrm{cold}}=(1.4-7.5)\times 10^{9}\,M_{\odot}$）。

实验结果

研究问题

• RQ1 HE 1029-1831的核区电离气体与分子气体的空间分布及其物理成因是什么？
• RQ2 核球中恒星种群的年龄与光度如何？其对$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系有何影响？
• RQ3 在HE 1029-1831中观测到的$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系偏离是由于黑洞质量过小，还是年轻恒星导致的核球过亮？
• RQ4 核区恒星形成历史与非活跃星系中经典核球的恒星形成历史相比如何？
• RQ5 核区恒星形成在多大程度上影响宿主星系的质量预算与活动星系核的燃料供给？

主要发现

• 电离氢发射线显示在恒星棒内部存在两条螺旋臂及一个不规则的核区环状结构，表明存在正在进行或近期发生的恒星形成活动。
• 如$\log(\mathrm{H}_{2}/\mathrm{Br}\gamma)$、$\log([{Fe\textsc{ii}}]/\mathrm{Br}\gamma)$及分子氢谱线比值等诊断线比值，证实核区区域为恒星形成区。
• 在内3.2 kpc范围内，电离氢质量为$2.9 \times 10^{7}\,M_{\odot}$，在1.2 kpc范围内冷分子氢质量为$(1.4-7.5)\times 10^{9}\,M_{\odot}$，表明存在大量气体储备。
• 使用Budda进行核球-盘面分解显示，核球光度不符合非活跃星系的$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系，但动力学核球质量与$M_{\mathrm{BH}}-M_{\mathrm{bulge}}$关系一致。
• $M_{*}/L_{K}$比值与Brγ等效宽度表明，核球中主导成分是年轻或中等年龄恒星种群，最佳拟合为时间常数50–100 Myr的指数衰减星暴，始于约1亿至2亿年前。
• 对$M_{\mathrm{BH}}-L_{\mathrm{bulge}}$关系的偏离归因于年轻恒星导致的核球过亮，而非黑洞质量过小，因为动力学质量与爱丁顿比值（$\lambda \gtrsim 0.06$）均与共同演化模型一致。