星暴后类星体及其分子气体性质研究

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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。
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