[论文解读] UNCOVER: Candidate Red Active Galactic Nuclei at 3

Ivo Labbé, Jenny E. Greene+29 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 28

一句话总结

论文在 Abell 2744 UNCOVER 领域识别出一组 26 个紧凑的红色源，位于 3<z<7，可能是 reddened broad-line AGN，具 ALMA 非探测以及非常小的尺寸 (~50 pc)，这表明存在大量被遮蔽的高z AGN。

ABSTRACT

The James Webb Space Telescope (JWST) is revolutionizing our knowledge of $z&gt;5$ galaxies and their actively accreting black holes. Using the JWST Cycle 1 Treasury program Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) in the lensing field Abell 2744, we report the identification of a sample of little red dots at $3 &lt; z_{ m{phot}} &lt; 7$ that likely contain highly-reddened accreting supermassive black holes. Using a NIRCam-only selection to F444W$&lt;27.7$ mag, we find 26 sources over the $\sim45$ arcmin$^{2}$ field that are blue in F115W$-$F200W$\sim0$ (or $β_{ m UV}\sim-2.0$ for $f_λ \propto λ^β$), red in F200W$-$F444W = $1-4$ ($β_{ m opt} \sim +2.0$), and are dominated by a point-source like central component. Of the 20 sources with deep ALMA 1.2-mm coverage, none are detected individually or in a stack. For the majority of the sample, SED fits to the JWST+ALMA observations prefer models with hot dust rather than obscured star-formation to reproduce the red NIRCam colors and ALMA 1.2-mm non-detections. While compact dusty star formation can not be ruled out, the combination of extremely small sizes ($\langle r_e angle\approx50$ pc after correction for magnification), red rest-frame optical slopes, and hot dust can by explained by reddened broad-line active galactic nuclei (AGNs). Our targets have faint $M_{ m 1450} \approx -14\ \, { m to} -18$ mag but inferred bolometric luminosities of $L_{ m bol} = 10^{43}-10^{46}$ erg/s, reflecting their obscured nature. If the candidates are confirmed as AGNs with upcoming UNCOVER spectroscopy, then we have found an abundant population of reddened luminous AGN that are at least ten times more numerous than UV-luminous AGN at the same intrinsic bolometric luminosity.

研究动机与目标

• 为高红移 AGN 的弱端及其增长史提供约束动机。
• 在光度测定上鉴定可能承载 reddened accreting black holes 的紧凑红色源。
• 通过多波段 SED 建模，区分由 AGN 主导的红色连续光谱与尘埃星形成。
• 评估尺寸分布并推断这一潜在 AGN 群体的空间密度。

提出的方法

• 在 JWST NIRCam 图像中，通过 1–4 μm 波段的颜色（red1|red2）和形态标准以及紧凑性来选择紧凑的红色源。
• 进行联合 PSF+Sérsic 二维光轮廓拟合，以区分不可分辨与扩展发光并量化占主导的组分。
• 用多组分拟合建模谱能分布，包括 reddened 与 unreddened AGN 分量以及宿主星系分量。
• 结合深度 ALMA 1.2 mm 非探测，测试红色是否由 AGN 周围的热尘而非扩展星形成所致。
• 从 SED 拟合估计 bolometric 光度与 rest-frame UV 绝对星等；评估放大校正后的尺寸（r_e）以考虑透镜效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 JWST/NIRCam 成像是否能够通过颜色与形态标准识别一群紧凑的红色高-redshift AGN 候选体？
• RQ2 这些紧凑的红色源是否主要为 reddened broad-line AGN，而非尘埃星形成星系？
• RQ3 在透镜效应校正后的本征尺寸是多少，这是否更支持 AGN 起源？
• RQ4 在 3<z<7 时段，这群候选 reddened AGN 群体的隐含空间密度及 bolometric 光度分布是多少？

主要发现

• 在 Abell 2744 上的约 ~45 arcmin^2 区域内识别出一组初步的 26 个以 PSF 为主的紧凑红色源。
• 经透镜放大校正后，中值有效半径约为 ~54 pc（带有不确定性）。
• 深度 ALMA 1.2 mm 数据对大多数源显示非探测（也无堆栈探测），不利于将简单的扩展尘埃星形成作为唯一解释。
• SED 拟合偏好包含热尘和 reddened broad-line AGN 连续光谱的模型，以再现红色的 NIRCam 颜色和 ALMA 非探测。
• 源具有微弱的 rest-UV 绝对星等（约 -14 至 -18），但推断的 bolometric 光度约为 ~10^43–10^46 erg s^-1，暗示被遮蔽或部分遮蔽的 AGN。
• 若经谱学确证，这些候选者在同一 bolometric 光度下可能比 UV-光学亮的 AGN 多数数十倍。