[論文レビュー] AGN and QSOs in the eROSITA All-Sky Survey -- Part I: Statistical properties

Alexander Kolodzig, M. Gilfanov+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2012

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 33

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移に依存するX線発光関数と機器感度モデルを用いて、eROSITA全天調査（eRASS）で予想される約300万個のAGNおよびQSOの統計的性質を予測している。中程度の赤方偏移 z ≈ 1 と高い感度（0.5–2.0 keVで 1 × 10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²）を有するeRASSにより、z = 1 よりも高い赤方偏移におけるAGNの進化、SMBH成長、および宇宙論的構造の非圧倒的かつ未踏の研究が可能になる。

ABSTRACT

Context. The main element of the observing program of the Spectrum-Roentgen-Gamma orbital observatory is a four-year all-sky survey, in the course of which the entire sky will be scanned eight times. Aims. We analyze the statistical properties of AGN and QSOs that are expected to be detected in the course of the eROSITA all-sky survey (eRASS). Methods. According to the currently planned survey strategy and based on the parameters of the Galactic and extragalactic X-ray background as well as on the results of the recent calculations of the eROSITA instrumental background, we computed a sensitivity map of the eRASS. Using the best available redshift-dependent AGN X-ray luminosity function (XLF), we computed various characteristics of the eRASS AGN sample, such as their luminosity- and redshift distributions, and the brightness distributions of their optical counterparts. Results. After four years of the survey, a sky-average sensitivity of ~1x10^(-14) erg/s/cm^2 will be achieved in the 0.5-2.0keV band. With this sensitivity, eROSITA is expected to detect ~3 million AGN on the extragalactic sky (|b|>10deg). The median redshift of the eRASS AGN will be z~1 with ~40% of the objects in the z=1-2 redshift range. About 10^4 - 10^5 AGN are predicted beyond redshift z=3 and about 2 000 - 30 000 AGN beyond redshift z=4, the exact numbers depend on the poorly known behavior of the AGN XLF in the high-redshift and luminosity regimes. Of the detected AGN, the brightest 10% will be detected with more than ~38 counts per PSF HEW, while the faintest 10% will have fewer than ~9 counts. The optical counterparts of ~95% of the AGN will be brighter than I_(AB)=22.5mag. The planned scanning strategy will allow one to search for transient events on a timescale of half a year and a few hours with a 0.5-2.0keV sensitivity of ~2x10^(-14) to ~2x10^(-13) erg/s/cm^2, respectively.

研究の動機と目的

• eROSITA全天調査（eRASS）で予想されるAGNおよびQSOの統計的分布を予測すること。
• 機器感度モデルと背景モデルを用いて、赤方偏移および発光度にわたるAGNの検出可能性を評価すること。
• フォローアップ調査計画のための、光学的同等対象の明るさと赤方偏移分布を推定すること。
• 数か月および数時間スケールの瞬間的X線イベントの検出能力を評価すること。
• 期待されるAGN同等対象の数と明るさ分布を定量的に評価することで、将来の光学フォローアップ戦略を指針づけること。

提案手法

• 機器のバックグラウンドモデルと調査戦略パrameterを用いて、eRASSの感度マップを構築した。
• 利用可能な最高の赤方偏移に依存するX線発光関数（XLF）を用いて、赤方偏移および発光度にわたるAGN源数のシミュレーションを実施した。
• eROSITAの応答行列とエネルギー帯（0.5–2.0 keVおよび2–10 keV）を用いて、カウントレートとフラックス限界を計算した。
• COSMOSおよびBootes領域からのIバンド明るさ分布を用いて、光学的同等対象の明るさを推定した。
• 異なる調査期間（4年、0.5年）および天の領域における、源密度と感度の閾値を予測した。
• シミュレーション全体を通して、宇宙論的パラメータ（H₀ = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ = 0.3、ΩΛ = 0.7）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4年間の観測期間中にeRASSで検出される予想されるAGNおよびQSOの数はどれくらいか？
• RQ2 検出されたAGNサンプルの予想される赤方偏移および発光度分布はどのようなものか？
• RQ3 eRASS AGNの光学的同等対象の明るさ分布はどのようなものか？また、既存の調査と比較するとどうなるか？
• RQ4 半期および数時間スケールの瞬間的X線イベントを検出するためのeRASSの感度はどの程度か？
• RQ5 高赤方偏移および高発光度XLFの不確実性が、z = 3 よりも高い赤方偏移およびz = 4 よりも高い赤方偏移におけるAGNの予測数に与える影響は何か？

主な発見

• eROSITAは、4年間の観測期間中に、銀河の外天領域（|b| > 10°）で約300万個のAGNを検出すると予想される。
• 検出されたAGNサンプルの中央値赤方偏移は z ≈ 1 であり、約40%が赤方偏移範囲 z = 1–2 に位置する。
• z = 3 よりも高い赤方偏移では約10⁴～10⁵個のAGNが予測され、z = 4 よりも高い赤方偏移では2,000～30,000個のAGNが予測されるが、これは高赤方偏移XLFの不確実性に依存する。
• eRASS AGNの明るい10%は、ポイントスプレッド関数（半エネルギー幅）あたり38カウント以上を有するが、暗い10%は9カウント未満となる。
• 検出されたAGNの約95%が、IAB = 22.5 mag より明るい光学的同等対象を有しており、これはPan-STARRS PS1のような深紫外調査で容易に観測可能であることを示している。
• 調査の平均的感度は、0.5–2.0 keV帯で約1 × 10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²に達し、半期スケールで約2 × 10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²のフラックスを持つ瞬間的イベントの検出が可能になる。