星暴后类星体及其分子气体性质研究

发布时间：2020-08-16 21:49

【摘要】：星暴后类星体(PSQ)是一类特殊而关键的天体,其星系中心超大质量黑洞正在活跃地吸积物质,其寄主星系中含有的大量中等年龄星族反映其在几百兆年内经历过星暴。这类天体的存在符合主并合驱动的星系演化理论预言,预期这类天体处于从极亮红外星系(ULIRG)到类星体的星系演化中间过渡阶段。本论文的研究着重于在大的巡天项目中搜寻PSQ,建立一个最大的、均匀选取的纯净PSQ样本并给出PSQ源表。在该PSQ源表的基础上,我们对其活动星系核(AGN)性质进行了统计研究,并对源表选出的3个红外亮PSQ进行了CO观测以研究其分子气体的性质,以此在主并合驱动的星系演化背景下,验证AGN在星系演化过程中扮演的重要角色,理解超大质量黑洞与寄主星系的协同演化。在本论文引言中我们介绍了超大质量黑洞与寄主星系的协同演化、处于演化序列中不同阶段的各类天体的基本性质,包括ULIRG、星暴星系、星暴后星系、AGN、红外亮类星体以及我们的PSQ等,以及介绍了分子气体观测的意义。在本论文中我们建立了一个近邻宇宙中(红移小于0.5)的PSQ的样本。我们对斯隆数字巡天(SDSS)第七批数据发布(DR7)的类星体光谱进行了红移和信噪比上的筛选,利用AGN和恒星星族的光谱模型,将其中高信噪比光谱可靠地分解为AGN成分和寄主星系恒星成分,并依据寄主星系成分中的是否存在明显的星暴后特征——很强的Hδ吸收(EW≥6A)选出了一个含有208个PSQ的样本。样本的平均光谱和平均能谱分布(SED)确认了其寄主星系为恒星质量M*～1010.5M(?)的大质量星系,几百兆年前星暴中形成的恒星所构成的中等年龄星族主导着其寄主星系的星族成分。相比于从SDSS中选出的匹配了红移和黑洞质量的类星体对照样本,我们的PSQ样本具有更大的宽Hα/Hβ流量比,暗示其可能有更大的尘埃消光,对应主并合后星系中尘埃未完全消散的星暴后早期阶段。虽然由于样本选择效应,PSQ和对照类星体样本在AGN热光度和爱丁顿比上没有显著的统计差异,但是PSQ和窄线塞弗特Ⅰ型星系一样在统计上具有较强的Fe Ⅱ发射(由R4570 = Fe Ⅱλλ4434-4684/Hβ量化),暗示其AGN活动具有更强的吸积,从而支持了前人工作中的发现:AGN活动在星暴后几百兆年达到峰值,星暴和AGN活动具有几百兆年的时间延迟。恒星形成于星系中的分子气体云中,星系主并合后,内落到星系中心的气体除了触发星暴外,是否也为AGN活动提供原料?PSQ中AGN反馈对分子气体的性质是否产生了影响?为了尝试回答这一系列问题,在本论文的工作中,我们还利用IRAM 30米望远镜对3个z～0.1处的近邻PSQ的12CO1-0和12CO2-1的谱线进行了观测,进而对PSQ寄主星系中的分子气体性质进行研究。这一样本是由我们PSQ源表交叉IRAS源表选出的,这使我们能够首次分析PSQ的分子气体性质,我们预期这类红外亮PSQ处于从ULIRG转变为类星体的早期阶段。我们在其中两个PSQ中检测到分子气体。我们发现PSQ的分子气体质量为109.69和1010.18M(?),未探测的源的上限是109.38M(?)。考察CO谱线轮廓后,我们没有发现可靠的证据表明AGN反馈下的大量分子气体外流。我们的PSQ样本中分子气体质量与恒星质量的比值分布较宽,但与前人工作中的星暴后Seyfert Ⅱ星系或星暴后星系的样本的比值相似,可能存在星暴后气体消耗的演化。其中,在星暴后星系和正常星系中,WISE的12μm与4.6μm的流量比与分子气体质量比例fgas之间有非常显著的相关性,反映着星系气体含量和比恒星形成率(sSFR)之间的演化关系,我们的PSQ也基本符合这一关系。我们将PSQ的CO谱线光度L'CO、远红外光度LFIR、AGN热光度LAGN等性质与近邻类星体、高红移类星体和红外类星体进行了比较。我们发现PSQ也符合L'COO与LFIR之间、l'CO与LAGN之间的紧密关系,暗示PSQ的寄主星系中恒星形成效率与其他类型类星体接近,其恒星形成活动和AGN的吸积都可以来源自冷分子气体。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P158
【图文】：

星系,数值模拟

２）随着宇宙的演化，在红移小于１的近邻宇宙，长期演化和相互作用逡逑成为ＡＧＮ和星暴的主要燃料供给机制（Ｈｏｐｋｉｎｓ邋＆邋Ｈｅｒｎｑｕｉｓｔ邋２０0９），这也导致了逡逑ＡＧＮ邋ｄｏｗｎｓｉｚｉｎｇ现象的发生（Ｈｅｃｋｍａｎ邋ｅｔａｌ．２00４），即低光度ＡＧＮ的空间密逡逑度的峰值出在低红移处。逡逑当ＡＧＮ和星暴活动共存并加热星系中的尘埃时，星系演化为亮红外星逡逑系（Ｌｕｍｉｎｏｕｓ邋Ｉｎｆｒａｒｅｄ邋Ｇａｌａｘｙ，邋ＬＩＲＧ，８－１０００邋＂ｍ积分红外光度邋Ｌ／／？在邋１０１１邋至逡逑１Ｏ１２Ｌ０）和极亮红外星系（Ｕｌｔｒａ邋Ｌｕｍｉｎｏｕｓ邋Ｉｎｆｒａｒｅｄ邋Ｇａｌａｘｙ，ＵＬＩＲＧ，逡逑Ｌ0）邋（Ｓａｎｄｅｒｓ邋ｅｔ邋ａｌ．邋１９８８，Ｍａｇｎｅｌｌｉ邋ｅｔ邋ａｌ＿邋２０１１，邋Ｍｕｒｐｈｙ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１１）。然而最近逡逑也有一些研究表明，ＡＧＮ和星暴活动的发生可能并不同步。Ｄａｖｉｅｓ邋（２００７）利用逡逑高空间分辨率ＩＦＵ光谱观测了邋９个近邻ＡＧＮ的１０邋－邋１００邋ｐｃ中心区域，发现当星逡逑系中心星族年龄为数十Ｍｙｒ时，星系中没有发现强的ＡＧＮ，这意味着在星系逡逑中心恒星质量增长和随后黑洞快速增长的峰值之间有大约５０－２００邋Ｍｙｒ的延迟。逡逑Ｓｃｈａｗｉｎｓｋｉ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（２００９）和Ｗｉｌｄ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（２０１０）研究了近邻星系中邋ＡＧＮ邋活动和积逡逑分星族，并建议在星系整体星族年龄达到几百兆年后ＡＧＮ才会变得更强。总逡逑

示意图,统一模型,吸积盘,示意图

中心超大质量黑洞，吸积盘，宽线区，尘埃环和窄线区等这些结构共同逡逑构成了邋ＡＧＮ邋统一模型（Ｕｒｒｙｅｔａｌ．邋１９９５，邋Ｏｓｔｅｒｂｒｏｃｋｅｔａｌ．邋２００６，Ｓｃｈｍｉｄｔ邋ｅｔａｌ．逡逑１９８３），如图１－３所示。逡逑其中观测视角效应即可解释很多不同类型的ＡＧＮ之间为何存在不同观测逡逑特征，特别是Ｉ型和丨Ｉ型ＡＧＮ的区别。根据统一模型，ＩＩ型ＡＧＮ的光谱之所逡逑以观测不到宽发射线，及其来自吸积盘的ＡＧＮ连续谱也远远弱于寄主星系的逡逑恒星福射，其主要原因是吸积盘和宽线区被尘埃环遮挡。逡逑

类星体,核区,寄主,光谱

类星体（Ｂｒｏｔｈｅｒｔｏｎｅｔａｌ．丨＂９，Ｃａｎａｌｉｚｏｅｔａｌ．２0００，邋Ｂｒｏｔｈｅｒｔｏｎｅｔａｌ．２00２），其逡逑红移为ｚ邋＝邋０．６３４，绝对光度为１０＾邋Ｌ０。其较强的寄主星系恒星辐射与类星体逡逑辐射可比，星族拟合的结果表明其约４００Ｍｙｒ前发生过星暴。图１－５展示了邋ＵＮ逡逑Ｊ１０２５－００４０的光谱，可以看到这一光谱可以被很好地分解为星暴后星族和ＡＧＮ逡逑两个成分。而其伴星系ＵＮＪ１０２５－００４４作为ＵＬＩＲＧ，有着更年轻的星族并且存逡逑在富含尘埃，其形态也被认为有合并迹象。这一天体被认为是处于ＵＬＩＲＧ和逡逑类星体之间演化过渡的代表。逡逑１．７星暴后类星体研究现状逡逑斯隆数字化巡天（Ｓｌｏａｎ邋Ｄｉｇｉｔａｌ邋Ｓｋｙ邋Ｓｕｒｖｅｙ，邋ＳＤＳＳ）这种大型光谱巡天项逡逑目使得我们可以对ＰＳＱ进行统计意义上的研究。逡逑前人的工作采用一个基于Ｂａｌｍｅｉ？跃变和多条Ｂａｌｍｅｒ吸收线的自动化算法逡逑

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