[论文解读] Lower-Luminosity Obscured AGN Host Galaxies are Not Predominantly in Major-Merging Systems at Cosmic Noon

Erini Lambrides, M. Chiaberge+16 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 112被引用 11

一句话总结

本研究检验了宇宙正午（0.5 < z < 3.1）时低光度遮蔽活动星系核（AGN）是否主要存在于主要并合系统中，这与活动星系核-并合范式预测一致。利用哈勃空间望远镜的深度近红外成像及一种结合专家人类分类器准确率的新型贝叶斯框架，作者分析了40个遮蔽AGN和一个匹配的40个非活动星系的对照样本。结果发现，遮蔽AGN宿主星系并非显著倾向于存在于主要并合系统中，这一发现挑战了主要并合是此时期遮蔽AGN增长主导触发机制的观点。

ABSTRACT

For over 60 years, the scientific community has studied actively growing central super-massive black holes (active galactic nuclei -- AGN) but fundamental questions on their genesis remain unanswered. Numerical simulations and theoretical arguments show that black hole growth occurs during short-lived periods ($\sim$ 10$^{7}$ -10$^{8}$ yr) of powerful accretion. Major mergers are commonly invoked as the most likely dissipative process to trigger the rapid fueling of AGN. If the AGN-merger paradigm is true, we expect galaxy mergers to coincide with black hole accretion during a heavily obscured AGN phase (N$_H$ $ > 10^{23}$ cm$^{-2}$). Starting from one of the largest samples of obscured AGN at 0.5 $<$ $z$ $<$ 3.1, we select 40 non-starbursting lower-luminosity obscured AGN. We then construct a one-to-one matched redshift- and near-IR magnitude-matched non-starbursting inactive galaxy control sample. Combining deep color extit{Hubble Space Telescope} imaging and a novel method of human classification, we test the merger-AGN paradigm prediction that heavily obscured AGN are strongly associated with galaxies undergoing a major merger. On the total sample of 80 galaxies, we estimate each individual classifier's accuracy at identifying merging galaxies/post-merging systems and isolated galaxies. We calculate the probability of each galaxy being in either a major merger or isolated system, given the accuracy of the human classifiers and the individual classifications of each galaxy. We do not find statistically significant evidence that obscured AGN at cosmic noon are predominately found in systems with evidence of significant merging/post-merging features.

研究动机与目标

• 检验活动星系核-并合范式，该范式认为主要并合触发了遮蔽AGN的增长。
• 确定宇宙正午（z ≈ 1–3）时低光度、高度遮蔽的AGN是否主要存在于主要并合系统中。
• 通过聚焦于迄今最深的X射线巡天（7MS CDFS）中获得的遮蔽AGN样本，解决AGN选择中的潜在偏差。
• 开发并应用一种贝叶斯统计框架，以考虑高红移星系形态分类中的人类分类器准确率。
• 将遮蔽AGN宿主星系的并合分数与一个红移和星等匹配的非活动、非星暴星系对照样本进行比较。

提出的方法

• 从7MS钱德拉深空天区巡天中选取40个非星暴、低光度遮蔽AGN，利用X射线和多波段数据。
• 构建一个与AGN样本在红移和近红外星等上匹配的40个非活动、非星暴星系的对照样本。
• 使用哈勃空间望远镜的深度近红外成像评估星系形态。
• 由14名专家人类分类员对每个星系的并合状态进行目视评估，并通过贝叶斯模型估算其个体准确率。
• 应用一种新型贝叶斯概率框架，将个体分类员的准确率与其分类结果相结合，计算每个星系处于并合或孤立系统的概率。
• 使用k样本Anderson-Darling中位秩检验比较AGN样本与对照样本的并合分数分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 在宇宙正午（0.5 < z < 3.1）时，低光度、遮蔽AGN宿主星系中是否存在显著多于主要并合系统的现象？
• RQ2 遮蔽AGN宿主星系的并合分数是否显著高于具有相似红移和近红外星等的非星暴非活动星系？
• RQ3 在分析中纳入人类分类器准确率是否与标准分类方法相比，改变了对形态学并合分数的解释？
• RQ4 活动星系核-并合范式是否适用于宇宙正午的遮蔽AGN，特别是低光度系统？
• RQ5 与主要并合相比，小质量并合或其他动力学过程是否更可能触发遮蔽AGN？

主要发现

• 本研究未发现统计上显著的证据表明宇宙正午的非星暴、低光度遮蔽AGN主要存在于主要并合或并合后系统中。
• 根据k样本Anderson-Darling检验，遮蔽AGN宿主星系的并合分数与匹配的非活动星系对照样本相比并无显著差异。
• 贝叶斯框架估算了个体分类员的准确率，并计算了每个星系属于并合系统的概率，从而减少了主观分类带来的偏差。
• 结果挑战了长期存在的活动星系核-并合范式，表明主要并合并非宇宙正午遮蔽AGN增长的主导触发机制。
• 分析确认，不同星族恒星质量、大小或集中度的星系子组中，并合分数无显著差异，表明任何宿主星系属性子群中均无增强的并合信号。
• 本研究强调了人类分类与统计建模在高红移形态学研究中的重要性，尤其是在自动方法因空间分辨率和红移限制而失效的情况下。