Starke Gravitationslinsenwirkung durch AGNs als Sonde für den Quasar

Nature Astronomy (2023)Diesen Artikel zitieren

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Die engen Korrelationen zwischen der Masse supermassereicher Schwarzer Löcher und den Leuchtkräften, Sternmassen und Geschwindigkeitsdispersionen ihrer Muttergalaxien werden oft als Zeichen ihrer Koevolution interpretiert. Die Untersuchung dieser Korrelationen über die Rotverschiebung hinweg liefert einen aussagekräftigen Einblick in den Entwicklungspfad des Quasars und seiner Muttergalaxie. Während die Masse des Schwarzen Lochs anhand von Spektren einzelner Epochen zugänglich ist, ist die Messung der Masse seiner Muttergalaxie eine Herausforderung, da der aktive Kern seine Wirtsgalaxie weitgehend überstrahlt. Hier präsentieren wir eine Technik zur Untersuchung der Quasar-Wirt-Beziehungen außerhalb des lokalen Universums mit starkem Gravitationslinseneffekt, wodurch die Verwendung von Sternpopulationsmodellen oder Geschwindigkeitsdispersionsmessungen überflüssig wird, die beide anfällig für Entartungen sind. Wir untersuchen im Detail einen der drei bekannten Fälle starker Linsenwirkung durch einen Quasar, um die Masse seines Wirts genau zu messen und auf eine Gesamtlinsenmasse innerhalb des Einstein-Radius zu schließen. Die Linsenmessung ist präziser als jede andere alternative Technik und kompatibel mit der lokalen Skalierungsbeziehung zwischen der Masse des Schwarzen Lochs und der Sternmasse. Die Stichprobe solcher Quasar-Galaxie- oder Quasar-Quasar-Linsensysteme sollte mit Euclid und dem Rubin-Large Synoptic Survey Telescope einige Hundert erreichen, was die Anwendung einer solchen Methode mit statistisch signifikanten Stichprobengrößen ermöglicht.

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Die HST-Bilder, die diese Arbeit unterstützen, sind im Hubble Legacy Archive (https://hla.stsci.edu/) öffentlich verfügbar. Unsere reduzierten Keck- und SDSS-Spektren sind auf Zenodo verfügbar (https://doi.org/10.5281/zenodo.7806468).

Der Linsenmodellierungscode Lenstronomy und die Quellenrekonstruktionssoftware SLITronomy sind unter https://github.com/sibirrer/lenstronomy und https://github.com/aymgal/SLITronomy frei zugänglich. Sternmassen wurden mithilfe des öffentlichen Python-Pakets GSF (https://github.com/mtakahiro/gsf) geschätzt. Die HST-PSF wurde mit AstroObjectAnalyser rekonstruiert, der unter https://github.com/sibirrer/AstroObjectAnalyser öffentlich verfügbar ist. Spektren wurden mit pyQSOfit angepasst, das auch unter https://github.com/legolason/PyQSOFit öffentlich verfügbar ist.

Courbin, F. et al. Drei quasi-stellare Objekte, die als starke Gravitationslinsen wirken. Astron. Astronomien. 540, A36 (2012).

Artikel Google Scholar

Ferrarese, L. & Merritt, D. Eine grundlegende Beziehung zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien. Astronomien. J. 539, L9–L12 (2000).

Artikel ADS Google Scholar

Gebhardt, K. et al. Eine Beziehung zwischen der Masse eines nuklearen Schwarzen Lochs und der Geschwindigkeitsdispersion der Galaxie. Astronomien. J. 539, L13–L16 (2000).

Artikel ADS Google Scholar

Springel, V. et al. Simulationen der Entstehung, Entwicklung und Anhäufung von Galaxien und Quasaren. Natur 435, 629–636 (2005).

Artikel ADS Google Scholar

Di Matteo, T., Colberg, J., Springel, V., Hernquist, L. & Sijacki, D. Direkte kosmologische Simulationen des Wachstums von Schwarzen Löchern und Galaxien. Astronomien. J. 676, 33–53 (2008).

Artikel ADS Google Scholar

Peng, CY Wie Fusionen die Massenskalierungsbeziehung zwischen gravitativ gebundenen Systemen beeinflussen können. Astronomien. J. 671, 1098–1107 (2007).

Artikel ADS Google Scholar

Kormendy, J. & Ho, LC Koevolution (oder nicht) von supermassereichen Schwarzen Löchern und Wirtsgalaxien. Annu. Rev. Astron. Astronomien. 51, 511–653 (2013).

Artikel ADS Google Scholar

Sexton, RO et al. Stärkere Einschränkungen für die Entwicklung der MBH-σ⋆-Beziehung bis z ~ 0,6. Astronomien. J. 878, 101 (2019).

Ding, X. et al. Die Massenbeziehungen zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien bei 1 < z < 2 HST-WFC3. Astronomien. J. 888, 37 (2020).

Ding, X. et al. Testen der Entwicklung von Korrelationen zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien mithilfe von acht stark gelinsenten Quasaren. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 501, 269–280 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Jahnke, K. et al. Massive Galaxien im KOSMOS: Entwicklung des Schwarzen Lochs im Vergleich zur Bulge-Masse, aber nicht im Vergleich zur gesamten Sternmasse in den letzten 9 Gyr? Astronomien. J. 706, L215–L220 (2009).

Artikel ADS Google Scholar

Schramm, M. & Silverman, JD Das Massenverhältnis zwischen Schwarzen Löchern und Bulge aktiver galaktischer Kerne im Extended Chandra Deep Field-South Survey. Astronomien. J. 767, 13 (2013).

Artikel ADS Google Scholar

Schulze, A. & Wisotzki, L. Berücksichtigung von Selektionseffekten in den BH-Bulge-Beziehungen: kein Beweis für kosmologische Evolution. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 438, 3422–3433 (2014).

Artikel ADS Google Scholar

Woo, JH in Panoramic Views of Galaxy Formation and Evolution, vol. 399 (Hrsg. Kodama, T., Yamada, T. & Aoki, K.) (Astronomical Society of the Pacific, 2008).

Treu, T., Woo, J.-H., Malkan, MA & Blandford, RD Kosmische Entwicklung von Schwarzen Löchern und Sphäroiden. II. Skalierungsbeziehungen bei z = 0,36. Astronomien. J. 667, 117–130 (2007).

Artikel ADS Google Scholar

Cen, R. Die Koevolution zwischen supermassiven Schwarzen Löchern und Bulges erfolgt nicht über interne Rückkopplungsregulierung, sondern durch rationierte Gaszufuhr aufgrund der Drehimpulsverteilung. Astronomien. J. Lett. 805, L9 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Lauer, TR, Tremaine, S., Richstone, D. & Faber, SM Selektionsfehler bei der Beobachtung der kosmologischen Entwicklung der Mffl-σ- und Mffl-L-Beziehungen. Astronomien. J. 670, 249–260 (2007).

Artikel ADS Google Scholar

Claeskens, JF, Lee, DW, Remy, M., Sluse, D. & Surdej, J. QSO-Massenbeschränkungen aus Gravitationslinsenstudien von Quasarpaaren. Die Fälle von Q1548+114 A & B und Q1148+0055 A & B. Astron. Astronomien. 356, 840–848 (2000).

ADS Google Scholar

Meyer, RA, Delubac, T., Kneib, J.-P. & Courbin, F. Quasi-stellare Objekte, die in der SDSS-III BOSS-Durchmusterung als potenzielle starke Gravitationslinsen fungieren. Astron. Astronomien. 625, A56 (2019).

Artikel Google Scholar

Taak, YC & Im, M. High-z-Universum mittels Linseneffekt durch QSOs (HULQ) erkundet. I. Anzahlschätzungen von QSO-QSO- und QSO-Galaxienlinsen. Astronomien. J. 897, 163 (2020).

Galan, A., Peel, A., Joseph, R., Courbin, F. & Starck, JL SLITRONOMIE: Auf dem Weg zu einer vollständig Wavelet-basierten Inversionstechnik mit starker Linse. Astron. Astronomien. 647, A176 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Suyu, SH et al. Zerlegung der Gravitationslinse B1608+656. II. Präzisionsmessungen der Hubble-Konstante, der räumlichen Krümmung und der Zustandsgleichung der Dunklen Energie. Astronomien. J. 711, 201–221 (2010).

Artikel ADS Google Scholar

Despali, G. et al. Erkennung von Halos geringer Masse mit starker Gravitationslinse I: der Einfluss von Datenqualität und Linsenkonfiguration. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 510, 2480–2494 (2022).

Artikel ADS Google Scholar

Grier, CJ et al. Messungen der Sterngeschwindigkeitsdispersion in Quasarwirten mit hoher Leuchtkraft und Auswirkungen auf die AGN-Massenskala Schwarzer Löcher. Astronomien. J. 773, 90 (2013).

Letawe, G. et al. Achsenspektroskopie der Wirtsgalaxien von 20 optisch leuchtenden Quasaren bei z ~0,3. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 378, 83–108 (2007).

Artikel ADS Google Scholar

Millon, M. et al. TDCOSMO. I. Eine Untersuchung systematischer Unsicherheiten bei der Schlussfolgerung von H0 aus der Zeitverzögerungskosmographie. Astron. Astronomien. 639, A101 (2020).

Artikel Google Scholar

Park, D. et al. Erweiterung der Kalibrierung von C IV-basierten Einzelepochen-Massenschätzern für schwarze Löcher für aktive galaktische Kerne. Astronomien. J. 839, 93 (2017).

Bahk, H., Woo, J.-H. & Park, D. Kalibrierung von Mg II-basierten Massenschätzern für Schwarze Löcher mit Hβ-Reverberationsmessungen. Astronomien. J. 875, 50 (2019).

Bertin, E. & Arnouts, S. SExtractor: Software zur Quellenextraktion. Astron. Astronomien. Zus. Ser. 117, 393–404 (1996).

Artikel ADS Google Scholar

Birrer, S. et al. Lenstronomy II: Ein Gravitationslinsen-Software-Ökosystem. J. Open Source Softw. 6, 3283 (2021).

Bolton, AS, Burles, S., Koopmans, LVE, Treu, T. & Moustakas, LA Die Sloan Lens ACS-Umfrage. I. Eine große spektroskopisch ausgewählte Auswahl massiver Linsengalaxien vom frühen Typ. Astronomien. J. 638, 703–724 (2006).

Artikel ADS Google Scholar

Shajib, AJ, Treu, T., Birrer, S. & Sonnenfeld, A. Halos aus dunkler Materie massereicher elliptischer Galaxien bei z ~ 0,2 werden durch das Navarro-Frenk-White-Profil gut beschrieben. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 503, 2380–2405 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Refregier, A. Shapelets – I. Eine Methode zur Bildanalyse. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 338, 35–47 (2003).

Artikel ADS Google Scholar

Birrer, S., Amara, A. & Refregier, A. Gravitationslinsenmodellierung mit Basissätzen. Astronomien. J. 813, 102 (2015).

Joseph, R., Courbin, F., Starck, JL & Birrer, S. Sparse-Linsen-Inversionstechnik (SLIT): Linsen- und Quellentrennbarkeit von der linearen Umkehrung des Quellenrekonstruktionsproblems. Astron. Astronomien. 623, A14 (2019).

Artikel Google Scholar

Starck, J.-L., Fadili, J. & Murtagh, F. Die undezimierte Wavelet-Zerlegung und ihre Rekonstruktion. IEEE Trans. Bildprozess. 16, 297–309 (2007).

Artikel ADS MathSciNet Google Scholar

Abazajian, KN et al. Die siebte Datenveröffentlichung des Sloan Digital Sky Survey. Astronomien. J. Suppl. 182, 543–558 (2009).

Artikel ADS Google Scholar

Guo, H., Shen, Y. & Wang, S. PyQSOFit: Python-Code zur Anpassung an das Spektrum von Quasaren (Astrophysics Source Code Library, 2018); http://ascl.net/1809.008

Yip, CW et al. Spektrale Klassifizierung von Quasaren im Sloan Digital Sky Survey: Eigenspektren, Rotverschiebung und Leuchtkrafteffekte. Astron. J. 128, 2603–2630 (2004).

Artikel ADS Google Scholar

Schlegel, DJ, Finkbeiner, DP & Davis, M. Karten der Staub-Infrarotemission zur Verwendung bei der Abschätzung von Rötungen und kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlungsvordergründen. Astronomien. J. 500, 525–553 (1998).

Artikel ADS Google Scholar

Mejía-Restrepo, JE, Trakhtenbrot, B., Lira, P., Netzer, H. & Capellupo, DM Aktive galaktische Kerne bei z ~ 1,5 – II. Schätzung der Masse eines Schwarzen Lochs anhand breiter Emissionslinien. Mo. Nicht. R. Astron. Soc. 460, 187–211 (2016).

Artikel ADS Google Scholar

Liu, H.-Y. et al. Eine umfassende und einheitliche Stichprobe aktiver galaktischer Breitlinienkerne aus dem SDSS DR7. Astronomien. J. Suppl. 243, 21 (2019).

Ho, LC & Kim, M. Eine überarbeitete Kalibrierung des Virialmassenschätzers für Schwarze Löcher in aktiven Galaxien basierend auf Hβ-Spektren einer einzelnen Epoche. Astronomien. J. 809, 123 (2015).

Morishita, T. et al. Massive tote Galaxien bei z ~ 2 mit HST-Grism-Spektroskopie. I. Sternentstehungsgeschichten und Metallizitätsanreicherung. Astronomien. J. 877, 141 (2019).

Park, D. et al. Kosmische Entwicklung von Schwarzen Löchern und Sphäroiden. V. Die Beziehung zwischen der Masse eines Schwarzen Lochs und der Leuchtkraft der Wirtsgalaxie für eine Stichprobe von 79 aktiven Galaxien. Astronomien. J. 799, 164 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Bell, EF & de Jong, RS Stellare Masse-Licht-Verhältnisse und die Tully-Fisher-Beziehung. Astronomien. J. 550, 212–229 (2001).

Artikel ADS Google Scholar

Binney, J. & Tremaine, S. Galactic Dynamics (Princeton University Press, 1987).

Häring, N. & Rix, H.-W. Zur Beziehung zwischen Masse und Bulge-Masse des Schwarzen Lochs. Astronomien. J. 604, L89–L92 (2004).

Artikel ADS Google Scholar

Bennert, VN, Auger, MW, Treu, T., Woo, J.-H. & Malkan, MA Eine lokale Basislinie der Massenskalierungsbeziehungen Schwarzer Löcher für aktive Galaxien. I. Methodik und Ergebnisse der Pilotstudie. Astronomien. J. 726, 59 (2011).

Artikel ADS Google Scholar

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MM dankt dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF) für die Unterstützung im Rahmen der Förderung P500PT_203114. MM, FC und AG werden vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (COSMICLENS: Fördervereinbarung Nr. 787886) und vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) im Rahmen des Förderprogramms 200020_200463 unterstützt. XD wird durch JSPS KAKENHI Grant No. unterstützt. JP22K14071.

Institut für Physik, Labor für Astrophysik, Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (EPFL), Versoix, Schweiz

Martin Millon, Frédéric Courbin und Aymeric Galan

Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology und Department of Physics, Stanford University, Stanford, CA, USA

Martin Million

Fachbereich Physik, Fakultät für Naturwissenschaften der TUM, Technische Universität München, Garching, Deutschland

Aymeric Galan

STAR-Institut, Lüttich, Belgien

Dominique Sluse

Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, Universität Tokio, Kashiwa, Japan

Xuheng Ding

Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Bonn, Germany

Malte Tewes

California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornien, USA

SG Djorgovski

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MM führte die Analyse durch. AG hat den Quellenrekonstruktionsalgorithmus SLITronomy entwickelt. MM und FC haben das Manuskript geschrieben. XD hat die Sternenpopulationsanalyse durchgeführt. DS hat die Masse des Schwarzen Lochs gemessen. Alle anderen Co-Autoren beteiligten sich aktiv an den Diskussionen, an der HST-Datenerfassung und am Entdeckungsprozess von SDSS J0919 + 2720.

Korrespondenz mit Martin Millon.

Die Autoren erklären kein konkurrierendes Interesse.

Nature Astronomy dankt den anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Millon, M., Courbin, F., Galan, A. et al. Starke Gravitationslinsenwirkung durch AGNs als Untersuchung der Quasar-Wirt-Beziehungen im fernen Universum. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-01982-2

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Eingegangen: 10. März 2022

Angenommen: 26. April 2023

Veröffentlicht: 01. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01982-2

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