[论文解读] Comparison of the star formation of X-ray selected active galactic nuclei in eFEDS with star-forming galaxies

G. Mountrichas, V. Buat+6 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2022

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 2

一句话总结

本研究利用eFEDS巡天中一致的测光覆盖和CIGALE SED拟合，系统比较了0.5 < z < 1.5红移范围内X射线选中的活动星系核（AGN）与非AGN星系形成星系的恒星形成速率（SFR）。研究发现，在高X射线光度（LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹）下，星族质量为10.5 < log M∗ < 11.5的AGN宿主星系的SFR相比主序列星系高出约30%；而在最高质量系统（log M∗ > 11.5）中，当X射线光度达到~10⁴⁵ erg s⁻¹时，SFR呈现上升趋势，表明大质量AGN宿主星系的SFR增强具有光度依赖性。

ABSTRACT

We use $\sim 1800$ X-ray Active Galactic Nuclei (AGN) in the eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), that span over two orders of magnitude in X-ray luminosity, $ m L_{X,2-10keV} \approx 10^{43-45}\,ergs^{-1}$, and compare their star-formation rate (SFR) relative to that of non-AGN star-forming systems, at $ m 0.5<z<1.5$. For that purpose, we compile a reference galaxy catalogue with $\sim 17000$ sources. Both samples have the same photometric coverage, from optical to far-infrared. We construct the spectral energy distributions (SEDs) of all sources and fit them using the CIGALE code, utilizing the same templates and parametric grid for both samples. We account for the mass incompleteness and exclude quiescent systems from both datasets. These allow us to compare the SFR of the two populations in a uniform manner, minimising systematic effects. Based on our analysis, AGN at low and moderate L$_X$ ($ m L_{X,2-10keV} < 10^{44}\,ergs^{-1}$), have SFR that is lower, or at most, equal to that of star-forming galaxies, in agreement with previous studies. The large number of luminous X-ray AGN available in the eFEDS dataset, enable us to expand our investigations at higher L$_X$ to test previous, tentative results. At $ m L_{X,2-10keV} > 10^{44.2}\,ergs^{-1}$, the SFR of AGN appears enhanced, by $\sim 30\%$, compared to that of star-forming sources, for systems with stellar mass, $ m 10.5 < log\,[M_*(M_\odot)] < 11.5$, confirming indications found in previous studies. The most massive sources $ m log\,[M_*(M_\odot)] > 11.5$, present a flat SFR$_{norm}$-L$_X$ relation up to $ m L_{X,2-10keV} \sim 10^{44.5}\,ergs^{-1}$, with SFR similar to that of star-forming galaxies. However, at higher L$_X$ ($ m L_{X,2-10keV} \sim 10^{45}\,ergs^{-1}$), we find indications that the SFR of these massive AGN hosts may be enhanced compared to that of non-AGN systems.

研究动机与目标

• 以统一、系统的方式比较X射线选AGN与非AGN星形成星系的恒星形成速率（SFR）。
• 研究AGN宿主星系中SFR如何随X射线光度（LX,2−10keV）、红移和星族质量（M∗）变化，覆盖广泛的动态范围。
• 利用eFEDS中大而完整的样本，检验AGN宿主星系的SFR是否在高X射线光度下增强，尤其关注大质量星系中的情况。
• 通过在AGN和非AGN样本中应用相同的SED拟合、质量完整度修正和宁静星系排除标准，最小化系统偏差。
• 通过利用eFEDS更大的样本，补充Boötes和COSMOS场的先前结果，以确认或修正在高LX下SFR增强的初步趋势。

提出的方法

• 本研究基于eFEDS巡天，选取约1,800个X射线AGN和约17,000个非AGN星形成星系，覆盖0.5 < z < 1.5红移范围，且所有样本具有相同的从光学到远红外的测光覆盖。
• 利用CIGALE代码对所有源的谱谱能谱分布（SED）进行构建与拟合，AGN与非AGN样本使用相同的模板和参数网格。
• 对两个样本均应用质量完整度修正以校正选择效应，并采用统一标准（基于SED拟合）排除宁静星系。
• 计算SFR归一化参数（SFRnorm），定义为AGN的SFR与同星族质量及红移下主序列星形成星系SFR的比值。
• 分析在不同X射线光度区间内的SFRnorm，特别关注高光度区（LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹）和高星族质量区（log M∗ > 11.5）。
• 通过与Boötes和COSMOS场的先前研究交叉验证，评估SFR增强趋势的一致性并提升结果的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高X射线光度下，X射线AGN宿主星系的恒星形成速率（SFR）是否系统性高于非AGN星形成星系？
• RQ2 AGN宿主星系的SFR是否依赖于其星族质量，特别是在最高质量系统（log M∗ > 11.5）中？
• RQ3 AGN宿主星系SFR增强的X射线光度阈值是多少？该阈值是否随星系质量变化？
• RQ4 eFEDS中SFRnorm–LX关系与Boötes等较小、较浅的巡天相比如何，特别是在高LX区域？
• RQ5 在较小区域（如Boötes）中，选择效应在多大程度上掩盖了在更大、更深的eFEDS巡天中观测到的SFR增强趋势？

主要发现

• 在低至中等X射线光度下（LX,2−10keV < 10⁴⁴ erg s⁻¹），X射线AGN的SFR低于或最多等于主序列星形成星系的SFR，与先前研究一致。
• 对于星族质量为10.5 < log M∗(M⊙) < 11.5的AGN宿主星系，在LX,2−10keV > 10⁴⁴.² erg s⁻¹时，SFR相比非AGN星形成星系增强约30%。
• 在最高质量系统中（log M∗(M⊙) > 11.5），SFRnorm–LX关系在LX,2−10keV ~ 10⁴⁴.⁵ erg s⁻¹以下保持平坦，SFRnorm ~ 1，表明在低光度下无显著增强。
• 在更高X射线光度下（LX,2−10keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹），最高质量AGN宿主星系的SFRnorm显著增加，增强约2倍，表明在极端光度下存在SFR增强。
• 在较小的Boötes场中未观测到大质量AGN宿主星系在高LX下的SFR增强趋势，可能由于其面积较小（约eFEDS的1/12），导致选择效应影响。
• 结果确认并扩展了Boötes和COSMOS场中先前的初步发现，表明AGN宿主星系的SFR增强具有光度和质量依赖性，尤其在LX > 10⁴⁴.² erg s⁻¹时更为显著。