[论文解读] Evidence for the connection between star formation rate and evolutionary phases of quasars

Zhifu Chen, Zhicheng He+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 50被引用 44

一句话总结

本研究利用SDSS DR16数据，采用[O II]/[Ne V]发射线流量比作为代理指标，研究不同宽吸收线（BAL）类型（LoBAL、HiBAL和非BAL）类星体宿主星系中的恒星形成率（SFR）。结果发现，SFR从LoBAL类星体到HiBAL类星体逐渐下降，随后在非BAL类星体中恢复，支持一种演化序列：星风暂时抑制恒星形成，随后得以恢复，表明类星体驱动的星风存在负向全局反馈。

ABSTRACT

Both theory and observations suggest that outflows driven by an active central supermassive black hole (SMBH) has a feedback effect on shaping the global properties of the host galaxy. However, whether feedback from the outflow is effective, and if so, whether it is positive or negative, has long been controversial. Here, using the latest catalog from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), we use the flux ratio of the [O II] to [Ne V] emission lines as a proxy to compare the star formation rate (SFR) in the hosts of quasars with different types of broad absorption lines (BALs): low-ionization (Lo)BAL, high-ionization (Hi)BAL, and non-BAL. We find that SFR decreases from LoBAL to HiBAL quasars, and then increases from HiBAL to non-BAL quasars. Assuming that the sequence of LoBAL to HiBAL to non-BAL represents evolution, our results are consistent with a quenching and subsequent rebound of star formation in quasar host galaxies. This phenomenon can be explained that the SFR is suppressed by the outflow, which then rebounds once the outflow disappears as the quasars evolve from HiBALs to non-BALs. Our result suggests that the quasar outflow has a negative global feedback on galaxy evolution.

研究动机与目标

• 研究恒星形成率（SFR）与类星体演化阶段之间的关联。
• 检验类星体星风是否对宿主星系恒星形成产生负反馈效应。
• 确定所观测到的BAL类型（LoBAL、HiBAL、非BAL）是否代表不同的演化阶段。
• 使用[O II]/[Ne V]流量比作为不同BAL分类类星体中SFR的代理指标。

提出的方法

• 从SDSS DR16类星体星表中收集了407个LoBAL、714个HiBAL和14,144个非BAL类星体。
• 为每种BAL类型构建中值复合光谱，以分析发射线特征。
• 使用流量比R = EW[O II]/EW[Ne V]作为SFR的代理指标，其中R值越高表示SFR越高。
• 对LoBAL和HiBAL类星体应用小麦哲伦云消光律，校正尘埃红化影响。
• 按C IV BAL等效宽度（EWBAL_C IV）对HiBAL类星体进行分箱，以追踪HiBAL阶段内SFR的演化。
• 执行显著性检验（Nσ），评估不同BAL类型和分箱间R值的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 恒星形成率（SFR）是否在不同BAL类星体类型（LoBAL、HiBAL、非BAL）中系统性变化？
• RQ2 观测到的SFR变化是否与从LoBAL到非BAL类星体的演化序列一致？
• RQ3 C IV宽吸收线的强度是否与HiBAL阶段内SFR的演化相关？
• RQ4 [O II]/[Ne V]流量比是否能可靠地追踪类星体宿主星系的SFR，即使存在激波污染或窄线区多样性影响？
• RQ5 观测到的SFR演化是否更符合演化情景而非方位角依赖模型？

主要发现

• [O II]/[Ne V]流量比R从LoBAL（R = 2.228 ± 0.158）显著下降至HiBAL（R = 0.668 ± 0.039），表明SFR显著降低（9.6σ显著性）。
• R从HiBAL到非BAL类星体回升（R = 1.002 ± 0.013），表明SFR显著恢复（8.1σ显著性），暗示恒星形成在被抑制后得以恢复。
• 在HiBAL样本中，R随C IV BAL等效宽度增加而减小（从EWBAL_C IV > 25 Å时的1.779 ± 0.282降至10–15 Å时的0.597 ± 0.066），表明强星风期间SFR被抑制。
• 当EWBAL_C IV降至10 Å以下时，SFR恢复开始，表明此时星风的抑制效应减弱。
• 即使校正了[Ne V]发射线减弱的影响，LoBAL的R值仍显著高于HiBAL（10σ显著性），证实LoBAL宿主星系中SFR更高。
• SFR趋势与黑洞质量无关，该结果在三个MBH分箱（≤10^8.5、10^8.5–10^9.0、≥10^9.0 M⊙）中均成立，支持结果的稳健性。