[论文解读] Host Galaxies of the High-redshift AGNs in the GOODS Fields

Masayuki Akiyama|CERN Bulletin|May 16, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 58被引用 10

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜/高级巡天相机（HST/ACS）的光学成像数据，对 GOODS星场中31个高红移活动星系核（2 < z < 4）的宿主星系进行研究，以推导其紫外光度和恒星质量的极限。研究发现，宿主星系的恒星形成速率适中（<40 M☉ yr⁻¹），且仅当高红移活动星系核的爱丁顿比高于低红移活动星系核时，其恒星质量才与本地宇宙中的Mbulge–M•关系一致，表明早期星系中黑洞的生长速度更快。

ABSTRACT

The star-formation rates and the stellar masses of the host galaxies of AGNs at high-redshifts are keys to understanding the evolution of the relation between the mass of the spheroidal component of a galaxy and the mass of its central black hole. We investigate the host galaxies of 31 AGNs with spectroscopic redshifts between 2 and 4 found in the deep Chandra surveys of the GOODS fields with the ACS images. The sample can be divided into 17 ``extended'' AGNs and 14 ``compact'' AGNs based on the concentration parameter defined as the difference between the aperture magnitudes with 0.07" and 0.25" diameter. We derive upper limits of the UV luminosities of the host galaxies of the ``compact'' AGN sample, and upper and lower limits of the UV luminosities of the host galaxies of the ``extended'' AGN sample.These limits are consistent with the knee of the luminosity function of the Lyman Break Galaxies (LBGs) at z=3, suggesting moderate star-formation rates, less than 40 Msolar/yr, in the host galaxies of the AGNs at 2

研究动机与目标

• 通过测量活动星系核宿主星系的性质，理解高红移宇宙中黑洞与其宿主星系的共同演化。
• 利用光度极限测量2 < z < 4红移区间活动星系核宿主星系的恒星形成速率与恒星质量。
• 检验高红移宇宙中Mbulge–M•关系是否与本地宇宙中的关系存在差异。
• 评估观测到的宿主星系性质是否意味着高红移活动星系核的爱丁顿比高于低红移活动星系核。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜/高级巡天相机（HST/ACS）的F606W、F775W和F850LP波段图像，分析宿主星系的形态特征。
• 基于在0.′′07和0.′′25孔径处测得的星等，通过集中参数将活动星系核分类为“紧凑”与“扩展”类型。
• 利用光度测量与SED建模，推导宿主星系紫外光度的上下限。
• 结合紫外光度极限与观测到的K波段星等，推导宿主星系恒星质量的上下限。
• 基于CIV谱线宽度与紫外绝对星等，假设标准的virial质量估算方法，估算黑洞质量。
• 将推导出的恒星质量极限与本地宇宙的Mbulge–M•关系进行比较，推断爱丁顿比的演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 从紫外光度极限推断，高红移活动星系核（2 < z < 4）的宿主星系是否表现出中等或强烈的恒星形成？
• RQ2 高红移活动星系核宿主星系的恒星质量是否与本地宇宙的Mbulge–M•关系一致，还是需要不同的标度关系？
• RQ3 高红移宇宙中Mbulge–M•关系的观测差异是否意味着这些活动星系核的爱丁顿比高于低红移对应体？
• RQ4 在标准黑洞质量与吸积假设下，观测到的宿主星系性质能否与本地宇宙的Mbulge–M•关系相容？

主要发现

• ‘紧凑’型活动星系核的紫外光度极限表明其恒星形成速率低于40 M☉ yr⁻¹，与中等恒星形成一致。
• ‘扩展’型活动星系核的紫外光度极限与z ~ 3时的Lyman Break星系光度函数拐点一致。
• ‘扩展’型活动星系核宿主星系的恒星质量上限在10¹⁰至10¹² M☉之间，存在显著不确定性。
• 仅当高红移活动星系核的爱丁顿比高于低红移活动星系核时，推导出的恒星质量才与本地宇宙的Mbulge–M•关系一致。
• 基于CIV谱线宽度与紫外星等估算的黑洞质量表明，爱丁顿比为0.3–1.3，高于典型低光度活动星系核。
• 结果表明，高红移活动星系核中的黑洞可能比其宿主球状星系生长得更快，或Mbulge–M•关系随宇宙时空中发生了演化。