[论文解读] AGNs and Starbursts: What Is the Real Connection?

Luis C. Ho|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2005

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 3

一句话总结

本文研究了活动星系核（AGNs）与星暴之间的物理联系，发现亮活躍星系核中后星暴族群的观测证据强烈支持两者之间存在因果关联。尽管气体丰富，AGN宿主星系中的恒星形成仍因反馈作用而被抑制，类星体的远红外辐射主要由AGN驱动而非恒星，这挑战了基于红外光度推断恒星形成率的假设。

ABSTRACT

It is now widely believed that the growth of massive black holes is closely linked to the formation of galaxies, but there have been few concrete constraints on the actual physical processes responsible for this coupling. Investigating the connection between AGN and starburst activity may offer some empirical guidance on this problem. I summarize previous observational searches for young stars in active galaxies, concluding that there is now compelling evidence for a significant post-starburst population in many luminous AGNs, and that a direct, causal link may exist between star formation and black hole accretion. Quantifying the ongoing star formation rate in AGNs, however, is much more challenging because of the strong contamination by the active nucleus. I discuss recent work attempting to measure the star formation rate in luminous AGNs and quasars. The exceptionally low level of coeval star formation found in these otherwise gas-rich systems suggests that the star formation efficiency in the host galaxies is suppressed in the presence of strong AGN feedback.

研究动机与目标

• 确定在明亮星系中，AGN活动与恒星形成是否具有物理关联，而非单纯巧合。
• 评估AGN反馈在富含气体的宿主星系中抑制恒星形成效率的作用。
• 解决类星体中远红外发射的起源问题，区分年轻恒星与AGN吸积加热的贡献。
• 研究类型1与类型2类星体之间恒星形成率的差异，特别是关于遮蔽机制的影响。
• 利用[O II]发射线作为示踪剂，量化AGNs中的恒星形成活动，克服活跃星核的污染影响。

提出的方法

• 通过分析AGNs的光学吸收线光谱，检测A型恒星的特征，以识别中等年龄的后星暴族群。
• 利用斯隆数字巡天（SDSS）中类型2 AGNs的样本，将后星暴比例与AGN光度相关联，确立统计显著性。
• 测量[O II] λ3727发射线的流量，作为正在进行的恒星形成率（SFRs）的直接示踪，校正AGN污染的影响。
• 将[O II]推导的SFRs与由远红外（FIR）光度推断的SFRs进行比较，检验FIR发射是否由恒星或AGN驱动。
• 检查SDSS类型2类星体的复合光谱，比较[O II]/[O III]线比与类型1类星体的差异，揭示恒星形成活动的差异。
• 通过建模电离与热结构，评估AGN反馈对分子云的影响，分析恒星形成效率被抑制的机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在恒星形成与AGN活动之间的直接因果联系，还是观测到的共存仅是巧合？
• RQ2 为何在存在大量分子气体的情况下，AGN宿主星系中的恒星形成效率异常低下？
• RQ3 类星体中的远红外发射在多大程度上由年轻恒星驱动，又在多大程度上由AGN吸积能量驱动？
• RQ4 为何类型2类星体的恒星形成率显著高于类型1类星体，这关于遮蔽机制有何启示？
• RQ5 AGN反馈如何抑制宿主星系中的恒星形成，其背后的物理机制是什么？

主要发现

• 在亮活躍星系核中存在强有力的后星暴族群观测证据，且该比例随AGN光度增加而上升，表明存在因果关联。
• 尽管存在大量分子气体，类型1类星体中的恒星形成率极低，约为每年几个太阳质量。
• PG类星体样本中由[O II]推导的SFRs至少比由FIR光度推断的低一个数量级，表明远红外发射主要由AGN而非恒星驱动。
• 类型2类星体的[O II]/[O III]线比约为类型1类星体的十倍，暗示其SFR约为~20 M☉ yr⁻¹，与本地星暴水平相当。
• AGN宿主星系中恒星形成效率低下，表明AGN反馈即使在富含气体的环境中也抑制了恒星形成。
• 数据挑战了FIR发射反映恒星形成率的假设，表明AGN加热可模拟恒星加热在尘埃发射中的表现。