[論文レビュー] Comparison of the star formation of X-ray selected active galactic nuclei in eFEDS with star-forming galaxies

G. Mountrichas, V. Buat+6 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2022

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 2

ひとこと要約

本研究は、eFEDS調査におけるX線選択された活動銀河核（AGN）の星形成率（SFR）を、0.5 < z < 1.5の赤方偏移範囲で、非AGNの星形成銀河と比較し、一貫した光度カバー範囲とCIGALEを用いたスペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングを実施する。高エネルギーX線放射率（LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹）において、星質量 10.5 < log M∗ < 11.5 のAGNホスト銀河は、マインシーケンス銀河と比較してSFRが約30%向上しているのを確認した。一方、最も質量の大きな系（log M∗ > 11.5）では、LX ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹ のときSFRが増加しており、質量の大きなAGNホストではX線放射率に依存したSFR増強が生じている可能性を示唆している。

ABSTRACT

We use $\sim 1800$ X-ray Active Galactic Nuclei (AGN) in the eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), that span over two orders of magnitude in X-ray luminosity, $ m L_{X,2-10keV} \approx 10^{43-45}\,ergs^{-1}$, and compare their star-formation rate (SFR) relative to that of non-AGN star-forming systems, at $ m 0.5<z<1.5$. For that purpose, we compile a reference galaxy catalogue with $\sim 17000$ sources. Both samples have the same photometric coverage, from optical to far-infrared. We construct the spectral energy distributions (SEDs) of all sources and fit them using the CIGALE code, utilizing the same templates and parametric grid for both samples. We account for the mass incompleteness and exclude quiescent systems from both datasets. These allow us to compare the SFR of the two populations in a uniform manner, minimising systematic effects. Based on our analysis, AGN at low and moderate L$_X$ ($ m L_{X,2-10keV} < 10^{44}\,ergs^{-1}$), have SFR that is lower, or at most, equal to that of star-forming galaxies, in agreement with previous studies. The large number of luminous X-ray AGN available in the eFEDS dataset, enable us to expand our investigations at higher L$_X$ to test previous, tentative results. At $ m L_{X,2-10keV} > 10^{44.2}\,ergs^{-1}$, the SFR of AGN appears enhanced, by $\sim 30\%$, compared to that of star-forming sources, for systems with stellar mass, $ m 10.5 < log\,[M_*(M_\odot)] < 11.5$, confirming indications found in previous studies. The most massive sources $ m log\,[M_*(M_\odot)] > 11.5$, present a flat SFR$_{norm}$-L$_X$ relation up to $ m L_{X,2-10keV} \sim 10^{44.5}\,ergs^{-1}$, with SFR similar to that of star-forming galaxies. However, at higher L$_X$ ($ m L_{X,2-10keV} \sim 10^{45}\,ergs^{-1}$), we find indications that the SFR of these massive AGN hosts may be enhanced compared to that of non-AGN systems.

研究の動機と目的

• X線選択されたAGNの星形成率（SFR）を、均一かつ体系的な方法で非AGNの星形成銀河と比較すること。
• X線放射率（LX,2−10keV）、赤方偏移、星質量（M∗）の変動に伴うAGNホスト銀河のSFRの変化を、広い動的範囲で調査すること。
• eFEDSから得た大規模で完全なサンプルを用いて、特に質量の大きな銀河において、高X線放射率のときSFRが増強されているかどうかを検証すること。
• AGNおよび非AGN両サンプルに同一のSEDフィッティング、質量完全性補正、および静止銀河の除外基準を適用することで、系統的バイアスを最小限に抑えること。
• BoötesおよびCOSMOS領域の先行研究を補完するために、より大きなeFEDSサンプルを活用し、高LXにおけるSFR増強の傾向を確認または精緻化すること。

提案手法

• 本研究は、eFEDS調査から得た約1,800件のX線AGNおよび約17,000件の非AGN星形成銀河を用い、0.5 < z < 1.5の範囲で、光学から遠赤外域にわたる同一の光度カバー範囲を有する。
• 全源に対して、同一のテンプレートとパラメトリックグリッドを用いたCIGALEコードを用いてスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、フィッティングを実施する。
• 選択効果を補正するため、両サンプルに質量完全性補正を適用し、SEDフィッティングに基づく一貫した基準により静止銀河を除外する。
• SFR正規化パラメータ（SFRnorm）は、同じM∗および赤方偏移を持つマインシーケンス星形成銀河のSFRに対するAGNのSFRの比として計算される。
• 分析では、特に高X線放射率領域（LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹）および高星質量領域（log M∗ > 11.5）におけるSFRnormのX線放射率ビンごとの比較が行われる。
• 結果は、BoötesおよびCOSMOS領域の先行研究と照合され、SFR増強傾向の整合性と信頼性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高X線放射率において、X線AGNホスト銀河の星形成率（SFR）は、非AGNの星形成銀河と比較して系統的に高いのか？
• RQ2 AGNホスト銀河のSFRは、特に質量の大きな系（log M∗ > 11.5）において星質量に依存するのか？
• RQ3 SFR増強が統計的に有意になるX線放射率の閾値は何か？ また、この閾値は銀河質量に依存するのか？
• RQ4 eFEDSにおけるSFRnorm–LX関係は、Boötesのようなより小さな浅い調査と比較して、高LX領域でどのように異なるか？
• RQ5 Boötesのような小さな領域における選択効果は、eFEDSのような大規模で深い調査で観測されたSFR増強傾向を、どの程度隠蔽しているのか？

主な発見

• 低〜中程度のX線放射率（LX,2−10keV < 10⁴⁴ erg s⁻¹）では、X線AGNのSFRはマインシーケンス星形成銀河と同等か、それ以下であり、先行研究と整合的である。
• 星質量 10.5 < log M∗(M⊙) < 11.5 のAGNホストでは、LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹ のとき、非AGN星形成銀河と比較してSFRが約30%向上している。
• 最も質量の大きな系（log M∗(M⊙) > 11.5）では、LX,2−10keV ~ 10⁴⁴.⁵ erg s⁻¹ までSFRnorm–LX関係は平坦であり、SFRnorm ~ 1 であるため、低放射率域では顕著な増強は認められない。
• より高いX線放射率（LX,2−10keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹）では、最も質量の大きなAGNホストではSFRnormが顕著に増加し、約2倍の増強が認められ、極めて高い放射率域でSFR増強が生じている可能性を示唆している。
• 小規模なBoötes領域では、高LXにおける質量の大きなAGNホストのSFR増強傾向は観測されていないが、これはその面積がeFEDSの約12分の1と小さいため、選択効果に起因する可能性が強い。
• 本結果は、BoötesおよびCOSMOSの先行結果を確認・拡張し、AGNホストにおけるSFR増強がX線放射率および質量に依存することを示しており、特にLX > 10⁴⁴.² erg s⁻¹ の領域で顕著である。