[論文レビュー] Unleashing Positive Feedback: Linking the Rates of Star Formation and Supermassive Black Hole Accretion

Joseph Silk|arXiv (Cornell University)|May 24, 2013

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、活発銀河核（AGN）に起因するジェットおよび風による圧力が、特に高赤方偏移において、ガス豊富なディスクにおける星形成率を、星形成効率を制御することで向上させることを提案する。ブラックホール降着、星形成、および噴流の関係を示す解析的関係式を導出し、時間経過に伴う主要な質量比および率比を予測し、AGNが引き起こす星形成のメカニズムを検証可能なものとして提示する。

ABSTRACT

Pressure-regulated star formation is a simple variant on the usual supernova-regulated star formation efficiency that controls the global star formation rate as a function of cold gas content in star-forming galaxies, and accounts for the Schmidt-Kennicutt law in both nearby and distant galaxies. Inclusion of AGN-induced pressure, by jets and/or winds that flow back onto a gas-rich disk, can lead under some circumstances to significantly enhanced star formation rates, especially at high redshift and most likely followed by the more widely accepted phase of star formation quenching. Simple expressions are derived that relate supermassive black hole growth, star formation and outflow rates. The ratios of black hole to spheroid mass and of both black hole accretion and outflow rates to star formation rate are predicted as a function of time. I suggest various tests of the AGN-triggered star formation hypothesis.

研究の動機と目的

• 時間経過に伴う宇宙的スケールでのシュナイダー＝ケニカット則を、ガス豊富なディスクにおける圧力制御星形成によって説明すること。
• AGNの噴流（ジェットおよび風）が、星形成を一時的に増加させることで、冷却を引き起こさない仕組みを調査すること。
• ブラックホール降着率、星形成率、および噴流率の時間関数としての解析的表現を導出すること。
• 時間経過に伴う主要な比（ブラックホール質量対球状系質量、降着／噴流率対星形成率）の進化を予測すること。
• AGNが引き起こす星形成仮説の検証可能な観測的兆候を提案すること。

提案手法

• 超新星駆動のフィードバックをAGNの噴流に起因する圧力制御に置き換えることでシュナイダー＝ケニカット則を拡張する。
• AGNに起因する圧力を、冷たいガスを圧縮する逆流成分としてモデル化し、星形成効率を向上させること。
• 冷たいガス表面密度および時間の関数として星形成率、ブラックホール降着率、噴流率の解析的表現を導出する。
• 初期の増加に続いてクエンチングに至る時間依存フィードバックモデルを導入し、観測された銀河進化と整合性を持つこと。
• 簡単な解析的解を用いて、主な次元なし比（例：M_BH/M_spheroid、L_acc/L_SFR）の進化を予測する。
• 高赤方偏移銀河におけるこれらの比の時間的進化に基づいた観測的テストを提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ジェットおよび風に起因するAGN誘発圧力は、特に高赤方偏移において、ガス豊富なディスクにおける星形成率を向上させ得るか？
• RQ2 本モデルにおいて、ブラックホール降着率、噴流率、星形成率の比は時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ3 本フィードバック機構下で、ブラックホール質量対球状系質量比は予測どおりにどのように進化するか？
• RQ4 本モデルは、近傍銀河および遠方銀河の両方で観測されたシュナイダー＝ケニカット則を再現できるか？
• RQ5 AGN誘発星形成と他のフィードバック状況を区別する観測的兆候は何か？

主な発見

• AGNに起因する圧力は、冷たいガスの圧縮により、特に高赤方偏移においてガス豊富なディスクにおける星形成率を顕著に向上させ得る。
• 本モデルは、超新星フィードバックを圧力制御に置き換えることで、近傍銀河および遠方銀河の両方でシュナイダー＝ケニカット則を再現する。
• ブラックホール降着率対星形成率比は時間経過とともに変化し、初期にピークに達した後、低下する傾向を示す。これはクエンチング段階と整合的である。
• ブラックホール質量対球状系質量比は、本モデルにおいて時間経過とともに増加し、質量の大きな銀河における観測的傾向と一致する。
• 本モデルは、AGNの発生後に一時的な星形成の増加段階を経て、その後クエンチングに至るという、検証可能な段階的進化を予測する。
• 冷たいガス含量および時間の関数として星形成率、ブラックホール降着率、噴流率を結ぶ解析的表現が導出された。