[論文レビュー] Black hole growth and starburst activity at z = 0.6-4 in the Chandra Deep Field South. Host galaxies properties of obscured AGN

M. Brusa, F. Fiore+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 86被引用数 57

ひとこと要約

本研究は、Chandra Deep Field SouthにおけるX線、赤外線、Kバンド光学データを用いて、遮蔽された活動銀河核（AGN）を分析し、ブラックホール成長と星形成の共進化を調査する。X線で選別された遮蔽AGNは、質量が大きく、ほこりが多く、星形成が進行中の宿主銀河に存在しており、50%が星形成を継続中である。また、z > 1で星形成度が高く、星質量が3×10¹¹ M☉を超える銀河ではAGN割合が約30%に達するが、これは局所宇宙における値よりも顕著に高い。

ABSTRACT

The co-evolution of host galaxies and the active black holes which reside in their centre is one of the most important topics in modern observational cosmology. Here we present a study of the properties of obscured Active Galactic Nuclei (AGN) detected in the CDFS 1Ms observation and their host galaxies. We limited the analysis to the MUSIC area, for which deep K-band observations obtained with ISAAC@VLT are available, ensuring accurate identifications of the counterparts of the X-ray sources as well as reliable determination of photometric redshifts and galaxy parameters, such as stellar masses and star formation rates. In particular, we: 1) refined the X-ray/infrared/optical association of 179 sources in the MUSIC area detected in the Chandra observation; 2) studied the host galaxies observed and rest frame colors and properties. We found that X-ray selected (L_X>10^{42} erg s^{-1}) AGN show Spitzer colors consistent with both AGN and starburst dominated infrared continuum; the latter would not have been selected as AGN from infrared diagnostics. The host galaxies of X-ray selected obscured AGN are all massive (M_*>10^{10} M_sun) and, in 50% of the cases, are also actively forming stars (1/SSFR1 and M_*>3x10^{11} M_sun, a fraction significantly higher than in the local Universe for AGN of similar luminosities.

研究の動機と目的

• 活性成長段階における超大質量ブラックホールとその宿主銀河の共進化を理解すること。
• 赤方偏移z = 0.6–4の領域における、とくにほこりが多く質量の大きな環境にいる遮蔽AGNを宿す銀河の性質を特定すること。
• 遮蔽AGNが単に方向性に基づく統一モデルに従わない星形成爆発的銀河と強く関連しているかどうかを検証すること。
• 星形成度と赤方偏移の関数としてのAGN割合を測定し、進化するフィードバックモデルを検証すること。
• CDFSのMUSIC領域における深紫外Kバンドデータを用いて、源の識別と赤方偏移の推定を改善すること。

提案手法

• 1 MsのChandra Deep Field South観測から得られたX線データを用い、L_X > 10⁴² erg s⁻¹を満たす179個のX線源を同定した。
• MUSIC領域におけるVLTのISAACを用いた深紫外Kバンド画像を用い、正確な対応源同定と赤方偏移推定を可能にした。
• X線、赤外線、光学の多波長データを統合し、星質量、星形成速度（SSFR）、および静止フレーム色などの宿主銀河パラメータを導出した。
• Spitzer赤外色を用いて、AGN支配型と星形成爆発的支配型の赤外発光を区別し、赤外診断で見逃されたAGNを同定した。
• M_BH/M_*比を0.001–0.01と仮定し、導出されたブラックホール質量を用いてEddington比（L/LEdd）を計算した。
• 星質量と赤方偏移の関数としてのAGN割合を定量化し、高赤方偏移の結果と局所測定値を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z > 1の遮蔽AGNは、質量が大きく、ほこりが多く、星形成が活発な銀河に偏って宿っているか？
• RQ2 Spitzer赤外色が、赤外診断では検出できないにもかかわらずX線で選別されたAGNが星形成爆発的支配型システムであることをどれほど示唆するか？
• RQ3 質量の大きな銀河におけるAGN割合は赤方偏移とともにどのように変化するか。また、同様の明るさの下で局所宇宙の値を上回るか？
• RQ4 遮蔽AGNの典型的なEddington比は何か。また、仮定されたM_BH/M_*比にどのように依存するか？
• RQ5 遮蔽AGNの宿主銀河は、星形成が抑制されているか、あるいは歪んだ形態を示すような、核のフィードバックの兆候を示しているか？

主な発見

• X線で選別されたAGN（L_X > 10⁴² erg s⁻¹）は、AGN支配型と星形成爆発的支配型の両方のSpitzer色を示しており、星形成爆発的支配型システムが赤外診断では見逃されていることを示している。
• X線で選別された遮蔽AGNのすべての宿主銀河は質量が大きく（M_* > 10¹⁰ M☉）、そのうち50%がほこりに覆われた環境で星形成を継続中（1/SSFR < t_Hubble）である。
• 活性核の中央Eddington比（L/LEdd）の中央値は、仮定されたM_BH/M_*比に応じて2%～10%の範囲に分布する。
• AGN割合は星質量に応じて増加し、z > 1でM_* > 3×10¹¹ M☉の銀河では約30%に達する。これは、同様の明るさの下で局所宇宙の値よりも顕著に高い。
• 質量の大きな高赤方偏移銀河における観測されたAGN割合は、局所の期待値を上回っており、遮蔽AGNが宿主銀河の構築と共進化する重要な段階を表していることを支持する。
• 結果は、遮蔽AGNが、フィードバックによって制御される成長を経験している活発な星形成銀河に宿るとする共進化的シーケンスを支持しており、単純な方向性に基づく統一モデルに疑問を呈する。