[论文解读] The $M_{ m BH}-M_*$ relation up to $z\sim2$ through decomposition of COSMOS-Web NIRCam images

Takumi S. Tanaka, J. D. Silverman+26 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2024

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 4

一句话总结

本研究利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的COSMOS-Web与PRIMER NIRCam成像数据，对61个X射线选中的类型I类活动星系核（AGN）在红移0.7 < z < 2.5范围内进行二维图像分解，测量宿主星系恒星质量与黑洞质量，以探究M_BH–M_*关系。研究发现，M_BH/M_*比值随红移的演化极弱，与z ~ 2.5以内的近似恒定演化一致，且散差与本地关系相当。

ABSTRACT

Our knowledge of relations between supermassive black holes and their host galaxies at $z\gtrsim1$ is still limited, even though being actively sought out to $z\sim6$. Here, we use the high resolution and sensitivity of JWST to measure the host galaxy properties for 107 X-ray-selected type-I AGNs at $0.68

研究动机与目标

• 利用高空间分辨率、高灵敏度的JWST成像，测量高红移（z ~ 2.5）的M_BH–M_*关系。
• 通过二维图像分解分离宿主星系组分，克服未遮挡AGN辐射对测量的污染。
• 评估早期宇宙中M_BH–M_*关系的演化及其散差，检验共同演化与并合驱动形成模型。
• 利用真实模拟星系图像量化形态参数估计（H/T, r_e, n）中的系统性偏差。

提出的方法

• 使用galight软件对四张NIRCam宽波段图像（F150W, F200W, F277W, F444W）和HST/ACS的F814W图像进行二维图像分解。
• 采用低χ²_ν前五名PSF重建策略，建模未分辨的AGN点扩散函数（PSF），并将其与宿主星系组分分离。
• 使用PSFEx基于场星星源生成真实PSF模型，假设AGN与宿主星系中心对齐。
• 生成2,000张模拟星系图像，叠加PSF与Sérsic轮廓，变化H/T、n、r_e、b/a与θ在合理范围内。
• 对模拟图像应用相同的分解流程，评估在真实噪声与PSF失配条件下H/T、r_e与n估计的系统性偏差。
• 对去除AGN后的宿主星系光度进行SED拟合，推导恒星质量（M_*），并采用先前光谱巡天获得的M_BH值。

实验结果

研究问题

• RQ1 从z ~ 0.7到z ~ 2.5，M_BH–M_*关系如何演化？是否与无演化或微弱演化一致？
• RQ2 高红移下M_BH–M_*关系的本征散差是多少？与本地宇宙相比如何？
• RQ3 二维图像分解中的系统性偏差在多大程度上影响高红移AGN宿主星系参数（H/T, r_e, n）的测量？
• RQ4 考虑到测得的散差，观测到的M_BH–M_*关系能否由非因果性的宇宙并合组装过程解释？

主要发现

• M_BH/M_*比值演化为(1+z)^{0.37_{-0.60}^{+0.35}}，表明至z ~ 2.5范围内近似恒定演化或微弱增加。
• M_BH–M_*关系的本征散差为σ_μ = 0.28 ± 0.13 dex，与本地关系及低红移研究一致。
• 当宿主星系与总流量比H/T ≥ 10^{-1}时，估计的H/T与输入值的偏差在Δlog(H/T) = 0.06 ± 0.09 dex以内，表明分解结果可靠。
• 有效半径r_e平均被低估Δr_e = -0.1 ± 0.2像素（≈0.05–0.08弧秒），当H/T ≥ 10^{-1}时偏差极小。
• Sérsic指数n系统性高估，当n < 8.8时Δn = 1.3 ± 1.6 dex，且偏差随n增大而加剧，表明高n组分难以分辨。
• 分析表明，检测极暗宿主星系（log(H/T) < -2）具有挑战性，因估计的H/T在约-1.5处饱和，表明分解存在检测极限。