Dartmouth – Hidden Monsters                                                                                                            August 10th, 2016

Radio­AGN host galaxy properties Radio­AGN host galaxy properties out to z~5out to z~5

Ivan Delvecchio (University of Zagreb)

On behalf of:V. Smolčić, G. Zamorani, C. Del P. Lagos, S. Berta, J. Delhaize, N. Baran, D. Alexander, D. Rosario,

V. Gonzalez­Perez, O. Ilbert, C. Lacey, O. Le Fèvre, O. Miettinen, M. Bondi, C. Carilli, P. Ciliegi, K. Mooley, M. Novak, E. Schinnerer, M. Aravena, P. Capak, F. Civano, N. Fanidakis, N. Herrera­Ruiz,

A. Karim, C. Laigle, S. Marchesi, H. McCracken, E. Middleberg, M. Salvato and L. Tasca

Are Are radioradio AGN special? AGN special?

Hickox et al. (2009)

Goulding et al. (2014)

More massive

Red

der

Radio AGN in the local Universe: Radio AGN in the local Universe: a two­fold populationa two­fold population

HERAGNHERAGN     vs            vs       LERAGNLERAGN    Green         vs        Red       Low            vs        High M*             High           vs        Low M

BH rate

Thin Disc      vs        ADAF

Smolčić (2009)

AGN dichotomy in the local Universe is reflected alsoin the properties of their host galaxies

SDSS + NVSS local sampleOptical spectroscopy:­ High­excitation Radio AGN (HERAGN)

   ­ Low­excitation Radio AGN   (LERAGN)

PI: V. SmolčićV. Smolčić

Beyond the local Universe:Beyond the local Universe:The 3 GHz VLA­COSMOS surveyThe 3 GHz VLA­COSMOS survey

10,830 radio sources selected at        3 GHz (10 cm) with 0.75'' resolution   over 2.6 deg2 of the COSMOS field (Smolčić et al. 2016, accepted)Smolčić et al. 2016, accepted)

~85% have optical/NIR counterpart in the COSMOS­2015 catalog   (Baran et al., in prep).

Accurate redshifts and photometry from the COSMOS­2015 catalogue (Laigle et al., 2016) 

                                                          FINAL SAMPLE:

7,339 radio sources + multi­ λ

rms ~ 2.3 uJy/beam

rms ~ 2.3 uJy/beamrms ~ 2.3 uJy/beam

PI: V. SmolčićV. Smolčić

Optical­near­IR mid­IR

Far­IR/sub­mm

Beyond the local Universe:Beyond the local Universe:The 3 GHz VLA­COSMOS surveyThe 3 GHz VLA­COSMOS survey

10,830 radio sources selected at        3 GHz (10 cm) with 0.75'' resolution   over 2.6 deg2 of the COSMOS field (Smolčić et al. 2016, accepted)Smolčić et al. 2016, accepted)

~85% have optical/NIR counterpart in the COSMOS­2015 catalog   (Baran et al., in prep).

Accurate redshifts and photometry from the COSMOS­2015 catalogue (Laigle et al., 2016) 

                                                          FINAL SAMPLE:

7,339 radio sources + multi­ λ

Galaxy templates (MAGPHYS,da Cunha et al. 2008)consistency between absorbed stellar light and IR emission of the galaxy(= energy balance argument). 

AGN library of templates physically­motivated models of accretion disc and dusty torus emission (Fritz et al. 2006; Feltre et al. 2012)

(1) Decomposing AGN emission from host­galaxy light(2) Classification: AGN or galaxy (statistical and incomplete method)

(1) Decomposing AGN emission from host­galaxy light(2) Classification: AGN or galaxy (statistical and incomplete method)

3­component SED fitting code                                      SED3fit (Berta et al. 2013)http://cosmos.astro.caltech.edu/page/other­tools

SED­fitting decompositionSED­fitting decomposition

~ 21%  radiatively Efficient AGN~ 21%  radiatively Efficient AGN

X­ray + mid­IR + SED fitting (#1516)

AGN populations in RadioAGN populations in Radio    Rad. Eff. AGN

(Radiative AGN activity) 1) Lx > 1042 erg/s (e.g. Szokoly et al. 2004)

2) Mid­IR colour­colour diagram (Donley et al. 2012)

3) SED­fitting identified AGN

Radio­excess AGNRadio­excess AGN

Considering 79% of non         Rad. Eff. AGN

Radio 1.4 GHz luminositySFR_IR from galaxy's SF luminosity (Kennicutt 1998)

Distribution oflog(L 

RADIO / SFR 

IR )

RadiativelyInefficient AGN

Radiatively Inefficient AGN show up only in RadioRadio­excess threshold in good agreement with Del Moro et al. (2013)

Radiatively Inefficient AGN show up only in RadioRadio­excess threshold in good agreement with Del Moro et al. (2013)

(Delvecchio et al. 2016, submitted)

~ 21%  radiatively Efficient AGN(7% shows >3σ radio­excess) ~ 21%  radiatively Efficient AGN

(7% shows >3σ radio­excess) 

X­ray + mid­IR + SED fitting (#1516)

AGN populations in RadioAGN populations in Radio    Rad. Eff. AGN Rad. Ineff. AGN

~ 17%  radiatively Inefficient AGN~ 17%  radiatively Inefficient AGN

Non Rad. Eff. AGN and Radio­excess (#1247)

(Radiative AGN activity) (Mechanical AGN activity)

Radio AGN in the SFR­M* planeRadio AGN in the SFR­M* plane

(noise)

Rad. Eff. AGN lie around the MS, while Rad. Ineff. AGN are 2­3 times below Rad. Eff. AGN lie around the MS, while Rad. Ineff. AGN are 2­3 times below 

(Agreement with local Universe)

(Delvecchio et al. 2016, submitted)

(in agreement with local Universe)

(noise)

M* distributionsM* distributions

Rad. Eff. AGN typically hosted in less massive galaxies than Rad. Ineff. AGNRad. Eff. AGN typically hosted in less massive galaxies than Rad. Ineff. AGN

(Delvecchio et al. 2016, submitted)

z=1.5: similar M* distributions z=2: possible reversal (5.7 σ) of the M* behaviour (galaxy ''downsizing''?)

z=1.5: similar M* distributions z=2: possible reversal (5.7 σ) of the M* behaviour (galaxy ''downsizing''?)

M* distributionsM* distributions(Delvecchio et al. 2016, submitted)

Hint of ''downsizing''?Hint of ''downsizing''? Rad. Eff. AGN live preferentially in MS galaxies 

 Molecular gas fraction increases with redshift fgas ~ (1+z)2  in MS galaxies (Saintonge et al. 2013)

 AGN accretion occurs more likely in gas­rich galaxies (e.g. Vito et al. 2014)

Saintonge et al. (2013)

ffgasgas

 ­ Massive galaxies at high redshift host Rad. Eff. AGN activity more commonly    than less massive galaxies

 ­ Galaxies below the MS have less cold gas, meaning less efficient   SMBH accretion

Radio­AGN dichotomy at high­z?Radio­AGN dichotomy at high­z?

    Rad. Eff. AGN

Rad. Ineff. AGN typically live in less star­forming and more massive galaxies than Rad. Eff. AGN (high­z analogs of Low/High Excitation AGN?)

Rad. Ineff. AGN

AGN populations in the AGN populations in the COSMOS fieldCOSMOS field

COSMOS2015catalog

mid­IR AGN[Donley+2012]

X­ray AGN [Lx > 1042 erg/s]Civano et al. (2016);

Marchesi et al. (2016)

Radio AGN(Eff + Ineff) [this work]

AGN populations in the AGN populations in the COSMOS fieldCOSMOS field

COSMOS2015catalog

mid­IR AGN[Donley+2012]

Radio AGN(Eff + Ineff) [this work]

X­ray AGN [Lx > 1042 erg/s]Civano et al. (2016);

Marchesi et al. (2016)

AGN populations in the AGN populations in the COSMOS fieldCOSMOS field

COSMOS2015catalog

mid­IR AGN[Donley+2012]

Radio AGN(Eff + Ineff) [this work]

X­ray AGN [Lx > 1042 erg/s]Civano et al. (2016);

Marchesi et al. (2016)

X­ray stacking of Rad. Ineff. AGNX­ray stacking of Rad. Ineff. AGNz<0.3

Log Lx = 40.61±0.260.3<z<0.7

Log Lx = 41.10±0.08       0.7<z<1.2Log Lx = 41.56±0.06

1.2<z<1.8Log Lx = 41.94±0.06

1.8<z<2.5Log Lx = 42.39±0.06

2.5<z<3.5Log Lx = 42.60±0.15 

soft-x hard-x soft-x hard-x soft-x hard-x

soft-x hard-xsoft-x hard-xsoft-x hard-x

X­ray excess wrt IR­based SFR:        mis­classified obscured AGN, or intrinsically low­luminosity AGN?

Hints of additional X­ray emission from X­ray stacking on larger scales (16''/32'' aperture, A. Finoguenov). Hot halo?

X­ray stacking of Rad. Ineff. AGNX­ray stacking of Rad. Ineff. AGN**

* CSTACK (T. Miyaji)http://lambic.astrosen.unam.mx/cstack/

X­ray excess

from Symeonidis et al. (2014)

3)

Rad. Ineff. AGN lie at lower Eddington ratio (~10­4 ­ 10­3)compared to Rad. Eff. AGN

Radiative­to­ mechanical luminosity

(s­BHAR = Lx/M*)

Moreradiative

Moremechanical

Take­home messagesTake­home messages

Radio observations are crucial to unveil a population of low­accreting AGN missed by X­ray/mid­IR diagnostics

Two­fold AGN population in Radio:Rad. Eff. AGN (21%) and Rad. Ineff. AGN (17%)

The differences in their galaxy properties (SFR, M*) are plausible in the context of the evolution 

of the cold gas content.

Supplementaryslides

VLBA observations in COSMOSVLBA observations in COSMOS

(Courtesy ofE. Middleberg,N. Herrera Ruiz)

Radio emission (345 sources):

~50% core (20­100pc)~50% outer regions

<TOTAL / CORE radio emission> ~ 0.25­0.3 dex

VLBA – vs – VLA emissionVLBA – vs – VLA emission

Radio AGN: L­vs­z plotRadio AGN: L­vs­z plot

SED­selected AGNSED­selected AGN

redshift

Lx (

log

erg/

s)Contamination of Rad. Ineff. AGNContamination of Rad. Ineff. AGN

from undetected X­ray AGN?from undetected X­ray AGN?

15% contaminationat 0.5<z<3

AGN populations in RadioAGN populations in Radio3­GHz VLA(+ multi­λ)

mid­IR AGN (6%)[Donley+2012]

X­ray AGN (12%)[Lx > 1042 erg/s]

+ + =~ 21%  radiatively efficient AGN~ 21%  radiatively efficient AGN

SED­fitting AGN (15%)[this work]

SED examples of Rad. Eff. AGNSED examples of Rad. Eff. AGN

SED+MIR+Xray AGN SED­only AGN Xray­only AGN

Specific SFR (sSFR) distributionsSpecific SFR (sSFR) distributions

Rad. Eff. AGN are hosted in more star forming galaxies than Rad. Ineff. AGNRad. Eff. AGN are hosted in more star forming galaxies than Rad. Ineff. AGN

(Delvecchio et al. 2016, submitted)

(NUV­r) colour distributions(NUV­r) colour distributions

Rad. Eff. AGN ''bluer'' than Rad. Ineff. AGN. Rad. Eff. AGN with radio­excess show intermediate colours

Rad. Eff. AGN ''bluer'' than Rad. Ineff. AGN. Rad. Eff. AGN with radio­excess show intermediate colours

Blue cloud(NUV­r) < 1.2

Green valley1.2 < (NUV­r) < 3.5

Red sequence(NUV­r) > 3.5

(Delvecchio et al. 2016, submitted)

SED­fitting decompositionSED­fitting decomposition

SED­fitting decompositionSED­fitting decomposition

Fisher test

SED­fitting decompositionSED­fitting decomposition

''SED­AGN'' (SED­galaxy otherwise)

Delvecchio et al. (2014)

SED­fitting decompositionSED­fitting decomposition