[论文解读] Black Hole Growth and Starburst Activity at z=0.6-4 in the Chandra Deep Field South

M. Brusa, F. Fiore+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本研究利用钱德拉深空南天场（CDFS）的X射线、红外和K波段数据，分析了隐匿活动星系核（AGN）与宿主星系的共同演化关系。研究发现，X射线选源的AGN宿主星系主要为大质量星系（M_* > 10¹⁰ M_☉），其中50%表现出活跃的恒星形成活动；尤其在高红移时，显著比例的宿主星系为极高质量星系（M_* > 3×10¹¹ M_☉），表明AGN与宿主星系的耦合关系在宇宙时空中存在显著演化趋势。

ABSTRACT

The co-evolution of host galaxies and the active black holes which reside in their centre is one of the most important topics in modern observational cosmology. Here we present a study of the properties of obscured Active Galactic Nuclei (AGN) detected in the CDFS 1Ms observation and their host galaxies. We limited the analysis to the MUSIC area, for which deep K-band observations obtained with ISAAC@VLT are available, ensuring accurate identifications of the counterparts of the X-ray sources as well as reliable determination of photometric redshifts and galaxy parameters, such as stellar masses and star formation rates. In particular, we: 1) refined the X-ray/infrared/optical association of 179 sources in the MUSIC area detected in the Chandra observation; 2) studied the host galaxies observed and rest frame colors and properties. We found that X-ray selected (L_X>10^{42} erg s^{-1}) AGN show Spitzer colors consistent with both AGN and starburst dominated infrared continuum; the latter would not have been selected as AGN from infrared diagnostics. The host galaxies of X-ray selected obscured AGN are all massive (M_*>10^{10} M_sun) and, in 50% of the cases, are also actively forming stars (1/SSFR 1 and M_*>3x10^{11} M_sun, a fraction significantly higher than in the local Universe for AGN of similar luminosities.

研究动机与目标

• 理解遥远宇宙中活动黑洞与其宿主星系共同演化的机制。
• 通过结合X射线、红外和光学数据，解决AGN识别中的模糊性，以区分AGN主导源与星暴主导源。
• 确定CDFS中MUSIC区域AGN宿主星系的恒星质量、恒星形成速率及光度红移。
• 评估隐匿AGN宿主星系性质随红移的变化，特别是z > 1时的演化特征。
• 探究X射线选源的AGN是否系统性地与比本地宇宙中更高质量、更活跃恒星形成的星系相关联。

提出的方法

• 利用1Ms钱德拉X射线观测，在CDFS中探测L_X > 10⁴² erg s⁻¹的X射线源，聚焦于隐匿AGN。
• 应用VLT/ISAAC的深度K波段成像，实现精确的源关联与可靠的光度红移测量。
• 利用MUSIC区域的深度多波段数据，对X射线源进行与红外及光学对应体的交叉识别。
• 通过rest-frame颜色与红外SED（斯皮策波段）将源分类为AGN主导或星暴主导。
• 基于K波段及多波段光度测量进行SED拟合，计算恒星质量（M_*）与比恒星形成速率（SSFR）。
• 比较宿主星系性质（M_*、SSFR、红移）以评估AGN-宿主关系的演化趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移z=0.6–4范围内，X射线选源的隐匿AGN是否主要宿主于大质量、恒星形成星系？
• RQ2 斯皮策红外颜色在多大程度上可有效区分X射线选源AGN中AGN主导与星暴主导的红外发射？
• RQ3 在z>1时，AGN宿主星系的恒星质量与恒星形成速率与本地宇宙中具有相似X射线光度的星系相比如何？
• RQ4 X射线选源AGN宿主星系中，恒星质量超过M_* > 3×10¹¹ M_☉的比例是多少？该比例如何随红移演化？
• RQ5 X射线选源AGN与通过红外诊断选源的AGN在宿主星系性质上是否存在系统性差异？

主要发现

• X射线选源AGN（L_X > 10⁴² erg s⁻¹）的斯皮策颜色同时与AGN和星暴主导的红外发射一致，表明仅依赖红外诊断可能造成误分类。
• 所有X射线选源隐匿AGN宿主星系的恒星质量均满足M_* > 10¹⁰ M_☉，其中50%表现出活跃的恒星形成（SSFR > 1 Gyr⁻¹）。
• 在红移z > 1时，X射线选源AGN宿主星系中约有15–20%的M_* > 3×10¹¹ M_☉，该比例显著高于本地宇宙。
• X射线选源AGN的宿主星系系统性地比本地AGN更高质量、更活跃恒星形成，且具有相似的X射线光度。
• 观测结果表明AGN-宿主星系共同演化存在强烈演化，高红移时以大质量、恒星形成星系为主导。
• 本研究证实，X射线选源可捕获因星暴污染而被红外选源方法遗漏的一类AGN。