[论文解读] Merger-driven Fueling of Active Galactic Nuclei: Six Dual and Offset Active Galactic Nuclei Discovered with Chandra and Hubble Space Telescope Observations

Julia M. Comerford, D. Pooley+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 5

一句话总结

本研究利用钱德拉X射线天文台和哈勃空间望远镜的观测数据，在合并星系中识别出六个双星或偏移的活动星系核（AGNs），揭示了大质量合并更倾向于激发更明亮的AGNs。研究发现，在固定[O III]发射线 luminosity 下，双星AGNs的硬X射线 luminosity 约为单个AGNs的一半，这可能是由于合并过程中气体吸收增强所致，凸显了开展更深度X射线巡天以确认双星AGN候选者的重要性。

ABSTRACT

Dual active galactic nuclei (AGNs) and offset AGNs are kpc-scale separation supermassive black holes pairs created during galaxy mergers, where both or one of the black holes are AGNs, respectively. These dual and offset AGNs are valuable probes of the link between mergers and AGNs but are challenging to identify. Here we present Chandra/ACIS observations of 12 optically-selected dual AGN candidates at z < 0.34, where we use the X-rays to identify AGNs. We also present HST/WFC3 observations of 10 of these candidates, which reveal any stellar bulges accompanying the AGNs. We discover a dual AGN system with separation of 2.2 kpc, where the two stellar bulges have coincident [O III] and X-ray sources. This system is an extremely minor merger (460:1) that may include a dwarf galaxy hosting an intermediate mass black hole. We also find six single AGNs, and five systems that are either dual or offset AGNs with separations < 10 kpc. Four of the six dual AGNs and dual/offset AGNs are in ongoing major mergers, and these AGNs are 10 times more luminous, on average, than the single AGNs in our sample. This hints that major mergers may preferentially trigger higher luminosity AGNs. Further, we find that confirmed dual AGNs have hard X-ray luminosities that are half of those of single AGNs at fixed [O III] luminosity, on average. This could be explained by high densities of gas funneled to galaxy centers during mergers, and emphasizes the need for deeper X-ray observations of dual AGN candidates.

研究动机与目标

• 利用多波段观测识别并确认星系合并系统中的双星和偏移活动星系核（AGNs）。
• 通过分析合并系统中的X射线和光学发射，探究星系合并与AGN燃料供给之间的关联。
• 确定与孤立星系或小质量合并系统相比，大质量合并是否更倾向于激发更高 luminosity 的AGNs。
• 在双星AGNs系统中，校准[O III] λ5007与硬X射线 luminosity 的标定关系，因其系统性地低于单个AGNs的X射线输出。
• 评估气体密度和吸收在塑造合并环境中观测到的AGN luminosity 中的作用。

提出的方法

• 对红移 z < 0.34 的12个光学选择的双星AGN候选者进行了钱德拉/ACIS X射线观测，以探测并表征AGNs的X射线发射。
• 利用哈勃空间望远镜/WFC3在F160W、F814W和F438W波段的成像，解析恒星核球并识别合并星系的形态特征。
• 在0.5–8 keV能量 band内测量X射线计数率和通量，以确认AGN活动并估算硬X射线 luminosity。
• 通过光学光谱测量[O III] λ5007发射线 luminosity，与X射线 luminosity 进行比较，以评估AGN燃料供给效率。
• 利用恒星核球 luminosity 的比值作为合并质量比的代理，将系统分类为大质量或小质量合并。
• 对软X射线数据进行光谱拟合，以识别光致电离气体区域，并区分单个与双星AGN情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 与小质量合并或孤立系统相比，大质量星系合并是否更倾向于激发更明亮的AGNs？
• RQ2 为何在固定[O III] λ5007 luminosity 下，双星AGNs的硬X射线 luminosity 低于单个AGNs？
• RQ3 气体密度和吸收在合并过程中如何抑制双星AGN系统中观测到的X射线发射？
• RQ4 双星系统中AGNs的爱丁顿比与宿主恒星核球 luminosity 之间有何相关性？
• RQ5 合并星系之间的分离距离是否与双星AGN激活的可能性相关？

主要发现

• 发现一个确认的双星AGN系统，其投影分离距离为2.2 kpc，位于一个极小质量比（460:1）的合并中，可能涉及一个具有中等质量黑洞的矮星系。
• 在六个双星或双星/偏移AGN系统中，有四个处于正在进行的大质量合并（质量比3:1至1:1），这些AGNs的平均 luminosity 是样本中单个AGNs的10倍。
• 在固定[O III] λ5007 luminosity 下，类型2双星AGNs的硬X射线 luminosity 仅为单个AGNs的一半，表明合并驱动的气体流入导致吸收增强。
• 双星AGN系统中较暗的恒星核球所对应的AGN具有更高的爱丁顿比，暗示在质量较小的合并组分中可能存在更高的气体分数或更高效的吸积。
• 分离距离最小的系统（2.19 kpc 和 2.93 kpc）最可能是双星AGNs，表明当合并分离距离从10 kpc减小到1 kpc时，双星AGN激活的概率可能增加。
• 双星AGN候选者中观测到的X射线计数与预测值之间的差异，凸显了需要更深度的X射线观测，并对双星AGNs的[O III]至硬X射线标定关系进行修正。