[论文解读] The LoTSS view of radio AGN in the local Universe. The most massive galaxies are always switched on

J. Sabater, P. N. Best+19 more|Open Research Online (The Open University)|Nov 13, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 119被引用 44

一句话总结

本文将 LoTSS DR1 与 SDSS DR7 进行交叉匹配以识别局部射电AGN，推导它们在局部的150 MHz 光度函数，并表明质量最高的星系始终处于射电AGN 活动状态，这对占空比及反馈具有意义。

ABSTRACT

This paper presents a study of the local radio source population, by cross-comparing the data from the first data release (DR1) of the LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS) with the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) DR7 main galaxy spectroscopic sample. The LoTSS DR1 provides deep data (median rms noise of 71 $\mathrmμ$Jy at 150 MHz) over 424 square degrees of sky, which is sufficient to detect 10615 (32 per cent) of the SDSS galaxies over this sky area. An improved method to separate active galactic nuclei (AGN) accurately from sources with radio emission powered by star formation (SF) is developed and applied, leading to a sample of 2121 local ($z < 0.3$) radio AGN. The local 150 MHz luminosity function is derived for radio AGN and SF galaxies separately, and the good agreement with previous studies at 1.4 GHz suggests that the separation method presented is robust. The prevalence of radio AGN activity is confirmed to show a strong dependence on both stellar and black hole masses, remarkably reaching a fraction of 100 per cent of the most massive galaxies ($> 10^{11} \mathrm{M_{\odot}}$) displaying radio-AGN activity with $L_{ m 150 MHz} \geq 10^{21}$W Hz$^{-1}$; thus, the most massive galaxies are always switched on at some level. The results allow the full Eddington-scaled accretion rate distribution (a proxy for the duty cycle) to be probed for massive galaxies. More than 50 per cent of the energy is released during the $\le 2$ per cent of the time spent at the highest accretion rates, $L_{\mathrm{mech}}/L_{\mathrm{Edd}} > 10^{-2.5}$. Stellar mass is shown to be a more important driver of radio-AGN activity than black hole mass, suggesting a possible connection between the fuelling gas and the surrounding halo. This result is in line with models in which these radio AGN are essential for maintaining the quenched state of galaxies at the centres of hot gas haloes.

研究动机与目标

• 量化局部宇宙中射电AGN的普遍性，作为恒星质量和黑洞质量的函数。
• 开发并应用一个鲁棒的多诊断方法，用于将射电AGN与由恒星形成驱动的射电辐射区分开。
• 推导局部地区射电AGN和恒星形成星系的150 MHz 光度函数。
• 研究大质量星系的爱丁顿缩放吸积率分布（占空比）。
• 评估恒星质量与黑洞质量对射电AGN 活动的驱动作用，并讨论对热晕中的反馈的意义。

提出的方法

• 在424平方度范围内，将 LoTSS DR1 的150 MHz射电数据与 SDSS DR7 的主星系光谱样本进行交叉匹配。
• 使用四诊断方案（D4000 与 L150/M*、BPT线比、L_Halpha 与 L150、以及WISE颜色）将射电AGN与星形成星系分离。
• 通过与 H-ATLAS/Gürkan 等人2018 的样本进行比较来校准诊断组合，以尽量减少错误分类。
• 使用标准谱指数（α = 0.7）将光度转换为150 MHz，以确保跨诊断的一致性。
• 将分类汇聚为最终的射电AGN 与星形成（SF）样本，估计污染率不超过3%。
• 推导局部150 MHz 的AGN与SF星系光度函数，并与1.4 GHz 的结果比较，以验证鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 局部星系中射电AGN的普遍性如何随恒星质量和黑洞质量变化？
• RQ2 对大质量星系，爱丁顿缩放吸积率分布（占空比）的形状如何？
• RQ3 在深 LOFAR 数据中，是否存在鲁棒的多诊断方案能可靠地将射电AGN 与星形成辐射分离？
• RQ4 LoTSS 推导的150 MHz 光度函数与先前1.4 GHz 研究相比如何？
• RQ5 射电AGN 活动及其占空比对热气态晕中的大质量星系反馈有何影响？

主要发现

• 在局部样本（z < 0.3）中，2121个源被分类为射电AGN，8494个为SF主导的射电发射体。
• 射电AGN 活动的普遍性强烈依赖于恒星质量和黑洞质量，质量最高的星系（>10^11 M_sun）在L150MHz≥10^21 W Hz^-1时显示射电AGN 活动，且达到100% 的完整比例。
• 局部150 MHz 的AGN光度函数与先前在1.4 GHz 的研究一致，表明分离方法的鲁棒性。
• 大质量星系的爱丁顿缩放吸积率分布在 L_mech/L_Edd ≈ 10^-5 处达到峰值；当 L_mech/L_Edd > 10^-2.5 时，在前2%的时间内释放的能量占比超过50%。
• 恒星质量被发现比黑洞质量更重要地驱动射电AGN 活动，表明供给气体与周围晕之间存在联系，并支持在热晕中维持抑制状态的晕淬灭模型。