[论文解读] Major Mergers Host the Most Luminous Red Quasars at z ~ 2: A Hubble Space Telescope WFC3/IR Study

Eilat Glikman, Brooke Simmons+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2015

Astronomy and Astrophysical Research被引用 11

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜WFC3/IR成像对红移z ~ 2处11个明亮红类星体的宿主星系进行分析，发现其中10个中有8个位于主要并合系统中。结果支持黑洞增长的并合驱动模型，表明在宇宙黑洞和恒星形成活动的峰值时期，最明亮的类星体是由主要并合触发的。

ABSTRACT

We used the Hubble Space Telescope WFC3 near-infrared camera to image the host galaxies of a sample of eleven luminous, dust-reddened quasars at z ~ 2 -- the peak epoch of black hole growth and star formation in the Universe -- to test the merger-driven picture for the co-evolution of galaxies and their nuclear black holes. The red quasars come from the FIRST+2MASS red quasar survey and a newer, deeper, UKIDSS+FIRST sample. These dust-reddened quasars are the most intrinsically luminous quasars in the Universe at all redshifts, and may represent the dust-clearing transitional phase in the merger-driven black hole growth scenario. Probing the host galaxies in rest-frame visible light, the HST images reveal that 8/10 of these quasars have actively merging hosts, while one source is reddened by an intervening lower redshift galaxy along the line-of-sight. We study the morphological properties of the quasar hosts using parametric Sersic fits as well as the non-parametric estimators (Gini coefficient, M_{20} and asymmetry). Their properties are heterogeneous but broadly consistent with the most extreme morphologies of local merging systems such as Ultraluminous Infrared galaxies. The red quasars have a luminosity range of log(L_bol) = 47.8 - 48.3 (erg/s) and the merger fraction of their AGN hosts is consistent with merger-driven models of luminous AGN activity at z=2, which supports the picture in which luminous quasars and galaxies co-evolve through major mergers that trigger both star formation and black hole growth.

研究动机与目标

• 为测试z ~ 2（黑洞和恒星形成活动的峰值时期）星系与超大质量黑洞共演化过程中的并合驱动模型。
• 确定宇宙中最明亮的类星体是否如“爆发”阶段模型所预测的那样，由并合星系宿主。
• 利用高分辨率哈勃空间望远镜成像，表征类星体宿主星系在rest-frame光学波段的形态特性。
• 评估最明亮红类星体中的并合分数，并与活动星系核与星系共演化模型进行比较。

提出的方法

• 从FIRST+2MASS和UKIDSS+FIRST巡天中获取11个尘埃消光的类星体在z ~ 2处的深度近红外HST WFC3/IR成像。
• 在三个宽近红外滤镜中进行PSF建模，以减去类星体点源光，从而分离宿主星系的形态。
• 应用参数化Sérsic轮廓拟合，量化宿主星系的结构与光度。
• 使用非参数形态分析指标（Gini、M20、不对称性）对宿主星系形态进行分类，并与本地ULIRGs进行比较。
• 整合Sérsic拟合的流量，以确定宿主星系的光度，并与CANDELS巡天星系进行比较。
• 识别并排除一个因前景星系消光而变红的源，以隔离真实的并合宿主。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据并合驱动活动星系核燃料供给模型的预测，z ~ 2处最明亮的类星体是否由主要并合星系宿主？
• RQ2 这些高光度红类星体宿主星系的形态特性与本地超亮红外星系（ULIRGs）相比如何？
• RQ3 在z ~ 2处最明亮红类星体中，并合分数是多少？与低光度活动星系核样本相比有何差异？
• RQ4 这些明亮红类星体的宿主星系在光度、颜色和形态方面是否表现出ULIRG的特征？
• RQ5 所观测到的宿主星系形态是否与并合驱动类星体演化序列中的“爆发”阶段一致？

主要发现

• 在z ~ 2处可观测的10个红类星体中，有8个通过目视检查和形态分析显示出正在进行的主要并合的明确证据。
• 这些类星体的宿主星系具有对流光度log(L_bol) = 47.8–48.3 erg s⁻¹，使其成为在任何红移下观测到的最内在明亮的类星体。
• Sérsic轮廓拟合显示，这些宿主星系的光度高于CANDELS巡天中研究的典型z ~ 2大质量星系。
• 尽管颜色偏红，这些宿主星系通常比CANDELS星系更蓝，但有三个显著更红，表明存在由星暴引起的极端尘埃消光。
• 非参数形态分析（Gini、M20、不对称性）与最极端的双核ULIRGs具有广泛一致性，证实其起源于并合。
• 该高光度样本中的并合分数与z ~ 2处并合驱动活动星系核活动模型一致，支持主要并合是驱动最明亮类星体的主导机制。