[論文レビュー] Sub-mm and X-ray background: two unrelated phenomena?

P. Severgnini, R. Maiolino+10 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、準ミリ波（sub-mm）およびハードX線（2–10 keV）背景が同じ天体物理学的集団から起因するかどうかを調査している。Chandra X線とSCUBA準ミリ波データを34の源についてクロス相関解析した結果、顕著な重複は認められなかった：X線で明るい源は準ミリ波で暗く、逆に準ミリ波で明るい源はX線で暗かった。主な結果として、10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²を超える2–10 keV源は、X線背景の75％以上を占めているが、準ミリ波背景への寄与は7％未塔であり、両背景はおそらく関連のない現象であることが示された。

ABSTRACT

Obscured AGNs are thought to contribute a large fraction of the hard X-ray background (2-10 keV), and have also been proposed as the powerhouse of a fraction of the SCUBA sources which make most of the background at 850um, thus providing a link between the two spectral windows. We have tackled this issue by comparing data at 2-10 keV and at 850um for a sample of 34 sources at fluxes (or limiting fluxes) which resolve most of the background in the two bands. We present here new SCUBA observations, and new correlations between separate data sets retrieved from the literature. Similar correlations presented by others are added for completeness. None of the 11 hard X-ray (2-10 keV) sources has a counterpart at 850um, with the exception of a Chandra source in the SSA13 field, which is a candidate type 2, heavily absorbed QSO at high redshift. The ratios F(850um)/F(5keV) (mostly upper limits) of the X-ray sources are significantly lower than the value observed for the cosmic background. In particular, we obtain that 2-10 keV sources brighter than 10^-15 erg s^-1 cm^-2, which make at least 75% of the background in this band, contribute for less than 7% to the submillimeter background. Out of the 24 SCUBA sources, 23 are undetected by Chandra. The ratios F(850um)/F(5keV) (mostly lower limits) of these SCUBA sources indicate that most of them must be powered either by starburst activity, or by an AGN which is obscured by a column Nh > 10^25 cm^-2, with a reflection efficiency in the hard X rays significantly lower than 1% in most cases. However, AGNs of this type could not contribute significantly to the 2-10 keV background.

研究の動機と目的

• ハードX線（2–10 keV）および準ミリ波（850 µm）背景が、同じ遮蔽されたAGNの集団から起因するかどうかを特定すること。
• 高吸収AGNがX線放射を準ミリ波長域に再放射することで、X線および準ミリ波背景を駆動しているという仮説を検証すること。
• 深紫外多波長データを用いて、2–10 keV X線源が850 µm準ミリ波背景に与える寄与を定量化すること。
• SCUBAで検出された準ミリ波で明るい源が、X線非検出の結果に基づいてAGNか星形成活動によって駆動されているかを評価すること。

提案手法

• BeppoSAX HELLAS源のサブサンプルに対して、JCMTで新しいSCUBA観測を実施した。
• SSA13、HDF-N、レンズ効果を示すクラスターフィールドからの既存の深紫外Chandra X線およびSCUBA観測データと、新規データを統合した。
• 34の源について、2–10 keV X線と850 µm準ミリ波データのクロス相関を、両背景の70％以上を解像できるフラックスレベルで実施した。
• 発光メカニズムを制約するために、F₈₅₀µm / F₅keV比を診断指標として用い、X線源には上限、準ミリ波源には下限を適用した。
• 理論的テンプレート（例：Arp 220星形成活動、NGC 1068の反射支配型AGN）と比較し、支配的エネルギー源を推定した。
• フラックス上限と背景正規化を用いて、X線源が準ミリ波背景に与える最大可能寄与を、慎重な仮定のもとで推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハードX線（2–10 keV）および準ミリ波（850 µm）背景は、同じ遮蔽されたAGNの集団から起因するか？
• RQ2 850 µmで検出可能な2–10 keV X線背景のうち、何パーセントが寄与しているか？
• RQ3 SCUBA調査で得られた準ミリ波で明るい源は、X線非検出の結果に基づいてAGNか星形成活動によって駆動されているか？
• RQ4 X線反射効率が低いコンプトン厚いAGNが、X線背景に顕著な寄与を示さずに準ミリ波放射を供給できるか？
• RQ5 宇宙背景の大部分を解像できるフラックスレベルにおいて、個々の源でX線と準ミリ波放射の顕著な相関が認められるか？

主な発見

• 2–10 keVで10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²を超える11個のハードX線源のうち、850 µm対応源が検出されたのは、SSA13に位置する1つのChandra源のみであり、これは高赤方偏移のタイプ2で強く吸収されたQSOである。
• 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²を超える2–10 keV源は、X線背景の少なくとも75％を占めているが、慎重な仮定のもとで準ミリ波背景への寄与は7％未塔である。
• 24個のSCUBA源のうち23個は、約1–2×10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²のフラックス限界以下で2–10 keVバンドで非検出であり、これは弱いか、あるいは存在しないハードX線放射を示している。
• SCUBA源のF₈₅₀µm / F₅keV比（主に下限）は、星形成活動またはN_H > 10²⁵ cm⁻²の遮蔽と1％未塔の反射効率を持つAGNによって駆動されていることを示唆している。
• 準ミリ波源を駆動すると推定されるAGN（コンプトン厚く、低反射）は、X線背景に顕著な寄与を示すと予想されないため、両背景がおそらく無関係であることが確認された。
• 主にChandraからのX線データは、高エネルギー域での有効面積の低下により、ややソフトX線放射に偏っている可能性があり、今後のXMM観測でより明るく、硬い源が検出される可能性がある。