红移6类星体寄主星系的演化特征

Observations of high-redshift quasars probe the growth of supermassive black holes (SMBH) and their connections to galaxy formation at the earliest epoch. Millimeter observations of a sample of about 40 optically luminous quasars at z~6 reveal that about 30% of them show bright dust continuum and molecular CO line emission from the quasar host galaxies. The bright detections also show strong [C II] 158 micron fine structure line emission, which is a principle interstellar coolant of the star-forming interstellar medium. The detections of strong dust continuum, molecular CO, and [C II] emission from these z~6 quasars provide the first evidence of massive star formation and supermassive black hole (SMBH)-galaxy coevolution in the most distant universe. Thus, these millimeter bright z~6 quasars open a unique opportunity for studying the formation of the first SMBHs and their host galaxies. In order to better understand the evolutionary properties of these young quasar host galaxies at the earliest epoch, we have collect a sample of millimeter bright quasars at z~6.In this project, we will develop a series of programs to observe the dust and gas components in the host galaxies of these objects using the Atacama Large Millimeter /Sub-millimeter Array (ALMA) and the Jansky Very Large Array (JVLA). Our goals are to map the distributions of the dust, gas, and star forming activities, probe the physical and dynamical properties of the interstellar medium in the starburst nuclear region. We will investigate the origin of the SMBH-galaxy mass correlation, and search for evidence of AGN feedback.

高红移类星体为人们研究宇宙早期超大质量黑洞和寄主星系的形成与演化提供了重要线索。我们在毫米波段对大约40个红移6(接近再电离末期)类星体的观测表明，大概有30%的源有来自于寄主星系的尘埃和分子CO的辐射。我们在其中一些源中也探测到了很强的[CII]158微米精细结构谱线辐射。这些毫米波探测结果为宇宙早期类星体寄主星系中的恒星形成活动，以及黑洞与寄主星系的共同演化，提供了首要证据，也为我们研究第一代黑洞和寄主星系的形成提供了重要样本。为了深入研究宇宙早期类星体寄主星系的演化特征，本项目将使用ALMA毫米波望远镜阵列和JVLA射电望远镜阵列对红移在6附近的毫米波明亮的类星体进行系统的观测，从而详细描述这些年轻类星体寄主星系中尘埃、气体、恒星形成活动的分布，以及星际介质的物理和动力学性质。我们将根据观测的结果深入研究黑洞和寄主星系相关性的起源以及活动星系核对寄主星系反作用的证据。

毫米波明亮的红移6类星体为我们研究宇宙早期超大质量黑洞和寄主星系的演化提供了重要样本。明亮的尘埃连续谱、分子CO、和[CII]158微米谱线的探测表明这些类星体的寄主星系正在进行着剧烈的恒星形成活动，这些类星体-星暴系统提供了宇宙早期黑洞和星系增长质量、共同演化过程的重要信息。我们使用ALMA毫米望远镜阵列，法国PDBI毫米波望远镜阵列（现更名为NOEMA），以及美国甚大射电望远镜阵列对多个红移6毫米波明亮类星体的分子CO（2-1）、[CII]、和尘埃辐射进行了观测，其中对[CII]和尘埃连续谱的观测达到了0.2角秒的分辨率水平，这些观测使我们可以对类星体寄主星系的气体、尘埃、和恒星形成活动的分布进行研究，测算核区气体的动力学特征和寄主星系的动力学质量，限制核区星际介质的加热和激发。气体动力学的研究和动力学质量的计算结果表明，在宇宙早期，具有最大黑洞质量的黑洞星系系统，其黑洞质量的增长很可能早于其寄主星系，而具有较小黑洞质量的黑洞星系系统，其寄主星系质量增长相对更快，在演化早期可能更接近我们今天观测到的黑洞-星系质量关系。此外，这些宇宙早期毫米波明亮的类星体-星暴系统，具有大量的分子气体，为恒星形成提供原料，其分子气体质量在10^10 太阳质量量级上。我们认为，在星系核区，很可能存在着不同的气体成分，分别由恒星形成和星系核活动主导气体的激发。在这些类星体-星暴系统的核区，恒星形成和黑洞活动都对气体的动力学性质产生重要的影响，使气体具有较大的湍动速度，这些影响可能直接影响气体盘的演化。