[논문 리뷰] Comparison of star formation histories of AGN and non-AGN galaxies

Mountrichas, G., V. Buat외 7명|arXiv (Cornell University)|2022. 09. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 LEGA-C 조사에서 확보한 Dn4000 및 Hδ 스펙트럼 인덱스를 이용하여 0.6 < z < 1.3 범위에서 X선으로 선택된 활성은하핵(AGN; LX ≈ 10^42.5–44 erg s⁻¹)과 비-AGN 은하의 성립 역사(은하 형성 역사)를 비교한다. CIGALE를 사용한 SED 피팅과 은하 질량 보정을 통해, 저-중간 빛줄기 AGN는 비-AGN 은하보다 나이가 더 많고, 돌발적인 별 형성 사건이 덜 빈번한 은하주로를 공유함을 발견한다. 특히 부두가 우세하고 밀도가 높은 체계에서 이 경향이 두드러진다.

ABSTRACT

We use AGN with $ m L_{X} \sim 10^{42.5-44}\,erg\,s^{-1}$, from the COSMOS-Legacy survey that lie within the UltraVISTA region and cross match them with the LEGA-C catalogue. The latter provides measurements of the calcium break, D$_n$4000, and H$_\delta$ Balmer line that allow us to study the stellar populations of AGN and compare them with a galaxy reference catalogue. Our samples consist of 69 AGN and 2176 non-AGN systems, within $ m 0.6<z<1.3$, that satisfy the same photometric selection criteria. We construct the SEDs of both population and use the CIGALE code to investigate the effect of the two indices in the SED fitting process. Our analysis shows that the inclusion of D$_n$4000 and H$_\delta$ allows CIGALE to constrain better the ages of the stellar populations. Furthermore, we find an increase of the estimated stellar masses by, on average, $\sim 0.2$ dex, in particular for systems with young stars (D$_n$4000$\,<1.5$), when the two indices are included in the SED fitting. We then compare the D$_n$4000 and H$_\delta$ of AGN with sources in the reference catalogue, accounting for the different stellar mass of the two populations. Low to moderate L$_X$ AGN tend to reside in galaxies with older stellar populations and are less likely to have experienced a recent star formation burst, compared to galaxies in the control sample. We, also, compare the two populations as a function of their morphology (bulge-dominated, BD, vs. non-BD) and compactness. A similar fraction of AGN and non-AGN systems are classified as non-BD ($\sim 70\%$). Our analysis shows that BD AGN tend to have younger stellar populations compared to BD, non-AGN systems. On the other hand, non-BD AGN have, on average, older stellar populations and are less likely to have experienced a burst compared to non-BD sources in the reference sample. Furthermore, AGN tend to prefer more compact systems compared to non-AGN.

연구 동기 및 목표

• 0.6 < z < 1.3 범위에서 AGN와 비-AGN 은하 간의 별 형성 역사(SFH)의 차이를 조사한다.
• Dn4000 및 Hδ 인덱스의 포함이 SED 피팅 정확도와 은하주성분 제약 조건에 미치는 영향을 평가한다.
• 은하 질량 차이를 보정한 후 AGN와 비-AGN 은하 간의 은하주성분(나이, 돌발성 형성 가능성 등)을 비교한다.
• 은하 형태(부두가 우세한지 여부)와 밀도(질량-크기 비율)가 SFH의 차이를 어떻게 조절하는지 분석한다.
• AGN가 비-AGN 은하보다 더 밀도 높은(더 높은 질량-크기 비율) 체계에 선호적으로 존재하는지 여부를 규명한다.

제안 방법

• COSMOS-Legacy 조사에서 X선으로 선택된 AGN를 LEGA-C 카탈로그와 교차 매칭하여 Dn4000 및 Hδ 측정치를 확보한다.
• 광학적 데이터를 이용해 69개의 AGN와 2176개의 비-AGN 은하에 대해 SED를 구축하고, CIGALE SED 피팅 코드를 적용한다.
• Dn4000 및 Hδ를 포함하거나 배제한 채 SED 피팅을 수행하여 은하주성분(나이, 질량, SFR 등)에 미치는 영향을 평가한다.
• 통계적 비교 시 AGN와 비-AGN 샘플 간 질량 차이를 보정하기 위해 은하 질량에 따라 가중치를 적용한다.
• 형태학적 유형(부두가 우세한 vs. 부두가 우세하지 않은)과 질량-크기 비율(Σ1)에 따라 Dn4000 및 Hδ 분포를 분석한다.
• Kolmogorov-Smirnov 검정을 사용하여 AGN와 비-AGN 집단 간 인덱스 분포의 통계적 유의성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 0.6 < z < 1.3 범위에서 AGN와 비-AGN 은하가 Dn4000 및 Hδ로 추적되는 별 형성 역사(SFH)에서 다름이 있는가?
• RQ2 SED 피팅에 Dn4000 및 Hδ를 포함할 경우 유도된 은하주성분(예: 나이, 질량, SFR)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 AGN는 비-AGN 은하에 비해 더 나이가 많거나 최근의 별 형성 돌발 사건이 있는 은하주로를 선호하는가?
• RQ4 은하 형태(부두가 우세한 vs. 부두가 우세하지 않은)는 AGN와 비-AGN 시스템의 은하주성분에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 AGN는 비-AGN 은하보다 더 밀도 높은(더 높은 질량-크기 비율) 체계에 선호적으로 존재하는가?

주요 결과

• CIGALE SED 피팅에 Dn4000 및 Hδ를 포함하면 나이 제약 조건이 향상되고, 평균적으로 약 0.2 dex 정도의 은하주 질량이 증가한다. 특히 Dn4000 < 1.5인 젊은 체계에서 이 효과가 두드러진다.
• AGN 은하의 중앙값 Dn4000 ≈ 1.4로, 중간 연령의 은하주를 나타내며, 비-AGN 은하는 Dn4000 분포가 이중성임을 보인다.
• AGN는 비-AGN 은하보다 유의적으로 낮은 Hδ 등가폭(최대 약 3 Å)을 보이며, 최근의 별 형성 돌발 사건이 감소한 것으로 나타났다(p = 8.59 × 10⁻⁹).
• 부두가 우세한 체계에서는 AGN가 비-AGN에 비해 더 젊은 은하주(낮은 Dn4000)를 공유하지만, 부두가 우세하지 않은 체계에서는 AGN가 더 나이가 많은 은하주를 공유한다.
• 부두가 우세하지 않은 AGN는 같은 형태학적 유형 내의 비-AGN에 비해 더 나이가 많고 돌발성 형성 가능성이 낮으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있다(p = 0.002, Dn4000 기준).
• AGN는 더 밀도 높은 체계를 선호하며, 최소 질량-크기 비율(Σ1)이 9.0인 반면, 비-AGN는 Σ1 = 7.5까지 확장되며, 이는 AGN가 밀도 높은 은하주로를 선호하는 체계적 경향을 보임을 시사한다.