The Stellar Mass–Black Hole Mass Relation at z ∼ 2 down to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>7</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> Determined by HETDEX
Yechi Zhang, Masami Ouchi, Karl Gebhardt, Chenxu Liu, Yuichi Harikane, Erin Mentuch Cooper, Dustin Davis, Daniel J. Farrow, Eric Gawiser, Gary J. Hill, W. Kollatschny, Yoshiaki Ono, Donald P. Schneider, Steven L. Finkelstein, C. Gronwall, Shardha Jogee, M. Krumpe
Abstract
Abstract We investigate the stellar mass–black hole mass ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>*</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>–</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> ) relation with type 1 active galactic nuclei (AGNs) down to <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mspace width="0.11em"/> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> , corresponding to a ≃ −21 absolute magnitude in rest-frame ultraviolet, at z = 2–2.5. Exploiting the deep and large-area spectroscopic survey of the Hobby–Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), we identify 66 type 1 AGNs with <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> ranging from 10 7 –10 10 M ⊙ that are measured with single-epoch virial method using C iv emission lines detected in the HETDEX spectra. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>*</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> of the host galaxies are estimated from optical to near-infrared photometric data taken with Spitzer, the Wide-field Infrared Survey Explorer, and ground-based 4–8 m class telescopes by CIGALE spectral energy distribution (SED) fitting. We further assess the validity of SED fitting in two cases by host-nuclear decomposition performed through surface brightness profile fitting on spatially resolved host galaxies with the James Webb Space Telescope/NIRCam CEERS data. We obtain the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>*</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>–</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> relation covering the unexplored low-mass ranges of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>7</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>–</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>8</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>⊙</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> , and conduct forward modeling to fully account for the selection biases and observational uncertainties. The intrinsic <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>*</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>–</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> relation at z ∼ 2 has a moderate positive offset of 0.52 ± 0.14 dex from the local relation, suggestive of more efficient black hole growth at higher redshift even in the low-mass regime of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="italic"></mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>BH</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>7</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>–</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow>