[论文解读] Black hole growth and starburst activity at z = 0.6-4 in the Chandra Deep Field South. Host galaxies properties of obscured AGN

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

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 86被引用 57

一句话总结

本研究利用钱德拉深空南天场的X射线、红外和K波段光学数据，分析了遮挡的活动星系核（AGN），以研究黑洞增长与恒星形成之间的共同演化。研究发现，X射线选源的遮挡AGN位于大质量、富含尘埃的恒星形成宿主星系中，其中50%表现出持续的恒星形成；在红移z > 1且星族质量 >3×10¹¹ M☉时，AGN比例上升至约30%，显著高于本地宇宙中的水平。

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/SSFR1 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

• 理解超大质量黑洞与其宿主星系在活跃增长阶段的共同演化过程。
• 确定红移z = 0.6–4范围内遮挡AGN宿主星系的性质，特别是富含尘埃的高质星系环境。
• 评估遮挡AGN是否倾向于与星暴星系相关联，从而挑战仅基于取向的统一模型。
• 测量AGN比例随星族质量和红移的变化，以检验演化反馈模型。
• 利用CDFS中MUSIC区域的深度K波段数据，改进源识别与光度红移估计。

提出的方法

• 利用1 Ms钱德拉深空南天场观测的X射线数据，识别出179个L_X > 10⁴² erg s⁻¹的X射线源。
• 在MUSIC区域应用甚大望远镜（VLT）上的ISAAC仪器获取的深度K波段测光，以实现精确的对应体识别与光度红移估计。
• 结合多波段数据（X射线、红外、光学）推导宿主星系参数，包括星族质量、恒星形成率（SSFR）和红移修正后的颜色。
• 利用斯皮策红外颜色区分红外发射以AGN主导与星暴主导的系统，识别出红外诊断中遗漏的AGN。
• 基于M_BH/M_*比值（假设为0.001–0.01）推导黑洞质量，计算爱丁顿比（L/LEdd）。
• 量化AGN比例随星族质量和红移的变化，并与本地测量结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z > 1时，遮挡AGN是否优先存在于大质量、恒星形成活跃且富含尘埃的星系中？
• RQ2 斯皮策红外颜色在多大程度上表明，X射线选源的AGN实际属于红外发射以星暴主导的系统，而这些系统无法通过红外诊断识别？
• RQ3 在大质量星系中，AGN比例如何随红移演化？其在相似光度下是否超过本地宇宙的预期值？
• RQ4 遮挡AGN的典型爱丁顿比是多少？其值如何依赖于所假设的M_BH/M_*比值？
• RQ5 遮挡AGN的宿主星系是否表现出核反馈的迹象，例如恒星形成被抑制或形态紊乱？

主要发现

• X射线选源的AGN（L_X > 10⁴² erg s⁻¹）表现出与AGN主导和星暴主导红外发射一致的斯皮策颜色，表明仅依赖红外诊断会遗漏星暴主导系统。
• 所有X射线选源的遮挡AGN宿主星系均为大质量星系（M_* > 10¹⁰ M☉），其中50%在富含尘埃的环境中表现出持续的恒星形成（1/SSFR < t_Hubble）。
• 活跃核的中值爱丁顿比（L/LEdd）在2%至10%之间，具体取决于所假设的M_BH/M_*比值。
• AGN比例随星族质量增加而上升，在z > 1且M_* > 3×10¹¹ M☉时达到约30%，该值显著高于本地宇宙中相似光度下的水平。
• 在大质量高红移星系中观测到的AGN比例超过本地宇宙的预期，支持遮挡AGN是宿主星系形成过程中共同演化关键阶段的模型。
• 结果支持一种共同演化序列：遮挡AGN位于恒星形成活跃、受反馈调节的大质量星系中，挑战了仅基于取向的简单统一模型。