红移为6的类星体的毫米波和射电观测研究——宇宙早期超大质量黑洞和星系共同演化的证据

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超过四十个红移在6左右的类星体在光学和近红外巡天中被发现出来。这些类星体存在于宇宙再电离的末期,是第一代大质量黑洞一星系系统的代表。对已知的z~6类星体样本寄主星系的观测,将为宇宙极早期大质量星系形成和演化的研究提供关键的信息。本文的工作利用毫米波及射电望远镜,对目前已知的z~6类星体进行了观测,并结合前人的工作,首次给出了对36个z~6类星体样本的尘埃,射电连续谱,和分子CO辐射性质的研究。11个z~6类星体的尘埃连续谱辐射在250GHz被探测到,给出在sub-mJy的噪声水平上,毫米波对光学明亮z~6类星体的探测率在30%左右。同时,根据对观测结果的加权平均计算,本文给出了250GHz没有探测到辐射的25个z~6类星体的平均尘埃辐射水平,并计算了z~6类星体的平均能谱分布。研究发现z~6类星体的平均紫外到射电能谱分布,尤其是没有250GHz尘埃辐射探测的源的平均能谱分布,与邻近宇宙中典型光学类星体的平均能谱分布类似。而有强250GHz探测的源其能谱分布则有明显的远红外超。这些源的远红外辐射可能来自其寄主星系中大约40到60 K的尘埃成分,其远红外光度可达到1013Lo,尘埃质量在108 Mo的量级上。通过分析这些源远红外光度与射电光度以及活动星系核热光度的相关性,可以发现大多数源远红外光度与其他光度的关系,与典型的恒星形成系统类似。此外,通过本文和前人的观测,8个有强远红外尘埃辐射的z~6类星体被探测到有分子CO谱线辐射,说明其寄主星系中存在着大量的分子气体(~1010 Mo)。同时大部分有CO探测的源,其远红外与CO辐射,满足典型恒星形成系统给出的光度关系。基于这些结果,本文讨论了z~6类星体寄主星系的演化性质。很有可能,这些有强远红外尘埃和分子CO辐射的z~6类星体,寄主星系中正在进行着剧烈的恒星形成活动。也就是说,在这些源中,很可能观测到了超大质量黑洞同其恒星核球系统处于共同增长的阶段。对这些类星体的进一步观测和研究,是了解早期大质量黑洞与星系系统形成和演化过程的关键。
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