PEARLS: Levantamento Extragaláctico NuSTAR e XMM-Newton do Campo de Domínio Temporal do Polo Eclíptico Norte do JWST VI: Análise da Distribuição de Energia Espectral (SED) em Múltiplos Comprimentos de Onda

Neste estudo, modelamos as distribuições de energia espectral (SEDs) de 261 fontes de raios X, abrangendo um redshift de até $z \sim 5$, localizadas no Campo de Domínio Temporal do Polo Eclíptico Norte. Este trabalho expande análises prévias que utilizaram dados dos observatórios XMM-Newton e NuSTAR, integrando uma gama mais ampla de comprimentos de onda para uma compreensão mais completa das propriedades dessas fontes extragalácticas.

Ao empregar as estruturas conceituais da sequência principal de formação estelar (SFMS) e da taxa de acreção de buracos negros (BHAR), observamos que as taxas de formação estelar (SFRs) das galáxias estudadas geralmente se situam abaixo da SFMS. Em contraste, a maioria das taxas de acreção de buracos negros (BHARs) excede a média da população, um resultado que se alinha com as expectativas para amostras selecionadas de fontes de raios X. Essa distinção sugere diferentes regimes de atividade para a formação estelar e o crescimento de buracos negros supermassivos nessas galáxias.

Identificamos uma forte correlação positiva ($ρ=+0, 73$) entre a taxa de formação estelar (SFR) relativa à sequência principal de formação estelar (SFMS) e a luminosidade específica do núcleo galáctico ativo (AGN), expressa como $L_{AGN}/M_*$. Este achado é crucial, pois indica que galáxias que exibem os maiores valores de $L_{AGN}/M_*$ tendem a se localizar na SFMS ou até mesmo acima dela. Tal observação sugere uma interconexão significativa entre a atividade do AGN e o processo de formação estelar, onde AGNs mais luminosos, em relação à massa estelar da galáxia hospedeira, podem estar associados a galáxias que mantêm ou até superam a taxa esperada de formação estelar para sua massa.

Adicionalmente, a luminosidade em raios X demonstra uma forte correlação positiva com a taxa de formação estelar (SFR), com um coeficiente de correlação de $ρ=+0, 80$. Esta relação robusta nos permitiu identificar uma população distinta de 'quasares frios', caracterizada por alta luminosidade em raios X e intensa formação estelar. A coexistência desses fenômenos é consistente com a ocorrência de episódios dramáticos de acreção de curta escala de tempo, que podem impulsionar simultaneamente o crescimento do buraco negro central e a atividade de formação estelar na galáxia hospedeira. Essa descoberta oferece insights valiosos sobre a natureza da coevolução entre buracos negros supermassivos e suas galáxias.

Observamos uma dependência da massa galáctica nos padrões de acreção. Galáxias de baixa massa exibem taxas de acreção de buracos negros (BHARs) significativamente superiores ao valor médio da população para suas respectivas massas. Em contraste, os buracos negros supermassivos (SMBHs) em galáxias de alta massa tendem a acumular matéria em taxas que se alinham com a média da população. Essa dicotomia sugere a existência de dois modos distintos de acreção: um 'surto de crescimento' predominante em galáxias de menor massa, caracterizado por episódios intensos e rápidos de acreção, e um 'modo de manutenção' em galáxias de maior massa, onde a acreção ocorre de forma mais estável e prolongada. Esses diferentes regimes de acreção podem ter implicações profundas na evolução morfológica e na formação estelar das galáxias.

A integração desses achados oferece uma perspectiva aprimorada sobre a coevolução de galáxias e seus buracos negros supermassivos. Nossos resultados destacam a complexidade das interações entre a formação estelar e a atividade do AGN, revelando como diferentes regimes de acreção e correlações entre propriedades galácticas moldam a trajetória evolutiva desses sistemas. A compreensão desses processos é fundamental para desvendar a história da formação e evolução das galáxias no universo.