用PRIMA解析星系与超大质量黑洞的共同演化

恒星形成和黑洞吸积的最活跃阶段受到尘埃消光的强烈影响，使得远红外（far-IR）观测成为解析和研究星系与超大质量黑洞共同演化的最佳方式。静止框架中远红外和中红外的大量精细结构线和尘埃、电离及中性原子和暖分子气体的发射特征提供了无与伦比的诊断能力，以确定气体和尘埃的性质，测量气相金属丰度，并绘制即使在最遮蔽的星系中的冷星系外流。通过结合多波段测光巡天与低分辨率和高分辨率远红外光谱，PRIMA（远红外天体物理学探测任务）——一个远红外、1.8米直径、低温冷却天文台的概念——将利用这一红外工具包来发现和研究跨越宇宙时间的尘埃星系，从而彻底改变星系演化领域。在这项工作中，我们利用现象学模拟SPRITZ和圣克鲁兹半解析模型来描述中等深度的多波段PRIMA测光巡天如何轻松超越之前的红外任务，探测和研究光度低至$10^{11}\,L_{\odot}$、超过宇宙正午且至少到$z=4$的星系，即使没有引力透镜。通过分解这些测光选择的星系的光谱能量分布（SED），我们表明PRIMA可用于准确测量相对活动星系核功率、多环芳烃（PAH）的质量分数和总红外光度。同时，PRIMA的光谱后续观测将能够追踪数百到数千个单个星系的恒星形成率和黑洞吸积率（SFR, BHAR）、气相金属丰度和冷气体质量外流率，直到$z=2$。