[论文解读] Radio-Loud QSOs and Sub-Millimeter Galaxies: Space Distributions

J. V. Wall|ArXiv.org|Jul 24, 2008

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本研究首次对射电噪类星体（RQSOs）和亚毫米波星系（SMGs）进行了完整的空间密度分析，揭示了宇宙范围的‘向下尺寸化’现象以及两类天体的红移截止。在 z ≈ 1–2 处空间密度的重合峰值以及在 z > 3 之后的下降，为 SMGs 通过活动星系核反馈演化为 RQSOs 的演化序列提供了有力的间接证据。

ABSTRACT

A picture has emerged connecting QSOs with Sub-Millimetre Galaxies (SMGs) through an evolutionary sequence in which forming galaxies are initially FIR-luminous but X-ray weak, similar to known SMGs. As the black hole and spheroid grow with time, the central QSO becomes powerful enough to terminate star formation and eject much of the fuel supply. The unobscured QSO activity subsequently declines to leave a quiescent spheroidal galaxy. Here I describe parallel investigations of space density, one for a sample of radio-loud QSOs (RQSOs), and a second for SMGs. Each class shows both cosmic down-sizing and a redshift cutoff. The coincidence in apparent epoch of creation is marked; if it does not prove a causal connection, it is at least circumstantial evidence that the foregoing sequence is correct.

研究动机与目标

• 利用 PKS 2.7-GHz 巡天中的完整样本，确定射电噪类星体（RQSOs）的空间密度演化。
• 利用 GOODS-N 超图中的完整样本分析亚毫米波星系（SMGs）的空间密度。
• 检验观测到的 RQSOs 和 SMGs 的红移演化是否支持一种连接 SMGs 与 RQSOs 的因果演化序列。
• 研究 SMGs 是否表现出基于光度的双模演化，暗示存在不同的亚群体。

提出的方法

• 对 RQSOs 应用‘单源巡天’技术，为每个源分配唯一的巡天通量极限和 K 修正，以定义其光度-红移（L–z）探测边界。
• 采用最大似然建模拟 RQSOs 的光度函数和演化参数，避免传统 $1/V_{\rm max}$ 方法带来的偏差。
• 将单源巡天与最大似然分析相结合用于 SMGs，假设 L–z 平面中服从泊松分布，并采用幂律光度函数，其红移演化形式为 $(1+z)^{k + \gamma z}$。
• 采用最陡下降法最小化似然函数，以确定空间密度演化的最佳拟合参数。
• 在中位数光度处先验地将 SMG 样本分为两组，以检验双模演化，自 resampling 检验确认了双组分模型的统计显著性。
• 对光度函数的多项式拟合进行自 resampling 检验，以评估 z > 3 时空间密度下降的显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 射电噪类星体与亚毫米波星系在宇宙时空中是否表现出相似的空间密度演化模式？
• RQ2 是否存在宇宙‘向下尺寸化’现象，即在较低光度下，主导活动的峰值红移向更低红移移动？
• RQ3 RQSOs 和 SMGs 是否在某一红移以上表现出显著的空间密度下降，即存在红移截止？
• RQ4 SMGs 的空间密度演化是否更宜用单一族群解释，还是应采用两个基于光度分离的亚群体？
• RQ5 RQSOs 与 SMGs 在活动峰值时期和红移截止上的重合，是否为两者之间存在物理演化序列提供了间接证据？

主要发现

• RQSOs 的空间密度在红移 z ≈ 1–2 处急剧上升至峰值，并在 z > 3 之后显著下降，下降的显著性水平低于 0.001。
• RQSOs 中确认了宇宙‘向下尺寸化’现象：随着光度降低，主导活动的峰值红移向更低红移移动，这一结论通过光度分箱的最大似然建模得到证实。
• SMG 样本表现出强烈的红移截止，空间密度在 z ≈ 3 之后显著下降，显著性水平 < 0.001，与 RQSO 趋势一致。
• SMG 空间密度演化最宜用两个基于光度分离的亚群体解释：高光度组演化更强，光度函数斜率更陡；低光度组演化更平缓。
• 自 resampling 检验在模型参数平面中持续揭示双峰分布，证实了 SMGs 双族群模型的统计显著性。
• RQSOs 和 SMGs 的整体空间密度演化均表现为：在 z ≈ 1.5 处急剧上升，维持至 z ≈ 3 的平台期，随后在 z > 3 处急剧下降，其时间演化的时序与形态几乎完全一致，为两者具有共同演化起源提供了强有力的间接证据。