[論文レビュー] Heavily obscured AGN with BeppoSAX, INTEGRAL, SWIFT, XMM and Chandra: prospects for Simbol-X

R. Della Ceca, P. Severgnini+7 more|ArXiv.org|Sep 19, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、予想される約50%を占めるが、依然としてほとんど検出されていないコンプトン厚い活発銀河核（CT AGN）の観測的課題を評価している。シミュレーションを通じて、将来的なSimbol-Xミッションが、過去のミッションと比較して10 keV以上のエネルギー領域で500倍以上の感度を達成することを示しており、赤方偏移z ~ 1.5までCT AGNを検出し、スペクトル解析を詳細に行えるようになると判明した。これは、10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹という極めて低い放射束でも可能である。

ABSTRACT

According to the latest versions of synthesis modeling of the Cosmic X-ray Background, Compton Thick AGN should represent ~50% of the total absorbed AGN population. However, despite their importance in the cosmological context, only a few dozens of Compton Thick AGN have been found and studied so far. We will briefly review this topic and discuss the improvement in this field offered by the Simbol-X mission with its leap in sensitivity (E>10 keV) of more than a factor 500 with respect to previous X-ray missions.

研究の動機と目的

• コンプトン厚いAGNに関する観測的知識の空白を解消すること。これは、吸収されたAGNの半数を占めるが、依然として十分に研究されていない。
• BeppoSAX、INTEGRAL、Swift、XMM、Chandraといった現在のX線ミッションが、10 keV以上で十分な感度を有していないため、CT AGNを検出する上で抱える制限を評価すること。
• Simbol-Xの感度向上が、宇宙の歴史を通じてCT AGNの検出と詳細なスペクトル的特徴付けを可能にすることを示すこと。特に高赤方偏移領域でも有効である。
• さまざまな放射束レベルにおける源の検出可能性と物理的パラメータ（例：N_H、全放射出力、鉄Kαラインのパラメータ）の測定精度について、定量的な予測を提供すること。
• 科学的成果を最大化するための主要な標的対象（既知のCT AGN、赤外線が明るい銀河、ULIRGなど）を特定すること。

提案手法

• 異なる固有放射出力（L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴³ から 10⁴⁵ erg s⁻¹）と赤方偏移（z ~ 0.2 から 1.5）を持つCT AGNに対して、100 ksecのSimbol-X観測をシミュレートし、検出可能性を評価する。
• 弱くも強くコンプトン厚い源の両方のX線スペクトルをモデル化し、反射特徴や鉄Kα線発光を組み込んで、観測可能な特徴を再現する。
• さまざまな放射束条件（f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹¹ から 10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹）におけるMPD（MeVピーク検出器）およびCZT（CdZnTe）機器のネットカウントを推定する。
• スペクトルフィッティングのシミュレーションを用いて、N_H、固有放射出力、鉄ラインの正規化およびエネルギーの主な物理的パラメータの測定精度を予測する。
• 宇宙X線背景合成モデル（例：Gilli et al. 2007）からの予測と、シミュレートされた源の検出限界を比較し、検出可能なCT AGNの期待数を推定する。
• 既存のカタログや調査（例：Spitzer、Herschel、IRAS）に基づき、将来のSimbol-X観測のための潜在的標的源を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Simbol-Xが、10⁻¹¹、10⁻¹²、10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹の放射束閾値を超えるCT AGNをどれだけ検出できるか？
• RQ2 異なる赤方偏移および放射束レベルにおける、CT AGNの吸収層密度（N_H）および固有放射出力の測定精度はどの程度か？
• RQ3 L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹の深く埋もれた（強くコンプトン厚い）AGNは、どの赤方偏移までSimbol-Xで検出し、特徴づけられるか？
• RQ4 赤外線が明るい銀河、ULIRGなど、どの天体集団が、新しいCT AGNを発見する上で最も有望な標的か？
• RQ5 Simbol-Xの10 keV以上の感度は、過去のミッションと比較して、CT AGN集団の偏りのない包括的把握をどのように可能にするか？

主な発見

• Simbol-Xは、|b| > 20°の天の川外領域において、約10⁻¹¹ erg cm⁻² s⁻¹の放射束限界以上で約40個のCT AGNを検出すると予想され、宇宙X線背景合成モデルと整合的である。
• f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹（z ~ 0.5でL₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹）の源に対して、Simbol-XはMPDで約1500、CZTで約800のネットカウントを蓄積し、N_Hと放射出力の測定精度がそれぞれ約10%および約20%の範囲で達成可能である。
• f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹（z ~ 1.5）の条件下では、L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹の源に対して、MPDで約350、CZTで約150のネットカウントが得られ、N_Hは20–40%の精度で、放射出力は2倍以内の精度で決定可能である。
• 強いつよいコンプトン厚いAGN（例：NGC 1068に類似）に対しては、L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹の源をz ~ 0.5まで検出し、100 ksec観測でMPDで約250、CZTで約100のネットカウントを蓄積可能である。
• CXB合成モデルに基づく推定では、Simbol-Xは約10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹の放射束限界以上で、約1500個のCT AGNを検出可能である。
• f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹の源に対して、Simbol-Xは鉄Kαラインのエネルギーと正規化の両方を高い精度で測定可能であり、エネルギーの精度は数パーセント、正規化の精度は約40%程度である。