[论文解读] Low redshift AGN in the Hamburg/ESO Survey: I. The local AGN luminosity function

Andreas Schulze, L. Wisotzki+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 37被引用 30

一句话总结

本研究基于汉堡/欧洲南方天文台巡天（HES），提出了一项定义明确的局部活动星系核亮度函数（AGNLF），通过测量宽波段 $B_J$ 星等与 H$\alpha$/H$\beta$ 发射线亮度，最大限度减少了宿主星系的污染。结合 HES 与 SDSS 数据，得到的 AGNLF 覆盖了超过四个数量级的亮度范围，其亮端与暗端的幂律指数分别为 $-2.0$ 与 $-2.8$，并揭示了与活动星系核下行演化（AGN downsizing）一致的亮度依赖性演化特征。

ABSTRACT

We present a determination of the local (z=0) luminosity function of optically selected type 1 (broad-line) Active Galactic Nuclei. Our primary resource is the Hamburg/ESO Survey (HES), which provides a well-defined sample of more than 300 optically bright AGN with redshifts z<0.3 and blue magnitudes B<17.5. AGN luminosities were estimated in two ways, always taking care to minimise photometric biases due to host galaxy light contamination. Firstly, we measured broad-band B_J (blue) magnitudes of the objects over small apertures of the size of the seeing disk. Secondly, we extracted H alpha and H beta broad emission line luminosities from the spectra which should be entirely free of any starlight contribution. The resulting AGN luminosity function (AGNLF) is consistent with a single power law, also when considering the effects of number density evolution within the narrow redshift range. We compared our AGNLF with the H alpha luminosity function of lower luminosity Seyfert 1 galaxies by Hao et al. (2005) and found a smooth transition between both, with excellent agreement in the overlapping region. From the combination of HES and SDSS samples we constructed a single local AGNLF spanning more than 4 orders of magnitude in luminosity. It shows only mild curvature which can be well described as a double power law with slope indices of -2.0 for the faint end and -2.8 for the bright end. We predicted the local AGNLF in the soft X-ray domain and compared this to recent literature data. We also compared the local AGNLF with results obtained at higher redshifts and find strong evidence for luminosity-dependent evolution, in the sense that AGN with luminosities around M_B~-19 are as common in the local universe as they were at z=1.5, supporting the 'AGN downsizing' picture (abridged).

研究动机与目标

• 利用汉堡/欧洲南方天文台巡天（HES）中完整且无偏的样本，确定类型 1 活动星系核在局部（z ≈ 0）的亮度函数。
• 解决在 z ≈ 0.3 以下缺乏良好约束的局部 AGNLF 的问题，因为传统类星体巡天在此红移范围内不完整。
• 通过使用小孔径 $B_J$ 星等与不受宿主星系污染影响的发射线亮度，最大限度减少测光偏差。
• 结合 HES 与 SDSS 数据，构建覆盖宽亮度范围的连续局部 AGNLF。
• 通过与更高红移巡天比较，研究亮度依赖性演化，并检验 AGN 下行演化模型。

提出的方法

• 在小孔径（衍射受限）内测量 $B_J$ 星等，以减少宿主星系光污染。
• 从光谱中提取宽 H$\alpha$ 与 H$\beta$ 发射线亮度，确保仅反映 AGN 贡献。
• 在狭窄红移范围 0 ≤ z < 0.3 内应用微分数量密度演化修正，以提高亮度函数的准确性。
• 结合宽波段与发射线亮度构建 AGNLF，验证了两种方法之间的一致性。
• 结合 HES 与 SDSS 数据，创建一个覆盖 $M_{B_J} \sim -26$ 至 $-19$ 的单一、连续的局部 AGNLF。
• 将局部 AGNLF 与更高红移巡天进行比较，推断亮度依赖性演化，并检验 AGN 下行演化模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z ≈ 0 的红移范围内，使用定义明确且完整的样本，类型 1 活动星系核的局部 AGN 亮度函数形状如何？
• RQ2 宽波段 $B_J$ 星等与发射线亮度在测量 AGN 亮度时表现如何？宿主星系污染在多大程度上构成问题？
• RQ3 HES 样本能否与 SDSS 星系巡天有意义地结合，以在四个数量级的亮度范围内构建连续的局部 AGNLF？
• RQ4 局部 AGNLF 是否呈现曲率？若存在，是否最宜用双幂律描述？
• RQ5 在 AGN 数密度方面，是否存在亮度依赖性演化的证据？这如何支持 AGN 下行演化情景？

主要发现

• 仅基于 HES 数据得到的局部 AGNLF 在经过数量密度演化修正后，可由幂律指数为 $\alpha = -2.6$ 的单幂律良好描述。
• H$\alpha$ 与 H$\beta$ 发射线亮度与 $B_J$ 星等之间存在紧密相关性，证实 $B_J$ 测量中宿主星系污染极小。
• HES 与 SDSS 样本在重叠的亮度范围内表现出极佳的一致性，使得二者可无缝整合为单一的局部 AGNLF。
• 结合后的 HES+SDSS AGNLF 展现出轻微曲率，最宜用双幂律描述，其中暗端幂律指数 $\alpha = -2.0$，亮端幂律指数 $\beta = -2.8$。
• 局部 AGNLF 显示出强烈的亮度依赖性演化证据：低亮度 AGN（$M_{B_J} \sim -19$）自 z ≈ 1.5 以来数量密度未发生下降，与 AGN 下行演化一致。
• 当假设光学-X 射线亮度比恒定时，预测的软 X 射线 AGNLF 与文献数据的匹配度最佳，凸显了该假设在跨波段外推中的重要性。