[論文レビュー] The ASCA Medium Sensitivity Survey (the GIS Catalog Project): Source Counts and Evidence for Emerging Population of Hard Sources

Yoshihiro Ueda, Tadayuki Takahashi+3 more|ArXiv.org|Aug 12, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 15被引用数 45

ひとこと要約

本論文は、106 deg²にわたる領域における偶然的X線源検出を用いて、0.7–7 keVおよび2–10 keVバンドで、これまでで最も正確なLog N–Log S関係を初めて提示する。これは、明るさが低い領域（約10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²未満）で硬いX線源の出現が顕著であることを明らかにし、スペクトル指数Γが約2.1から約1.6にかけて硬くなる傾向を示しており、軟らかく硬いバンド間の源数に生じていた以前の矛盾を解消し、遮蔽されたAGNが宇宙X線背景に与える寄与が増大していることを確認した。

ABSTRACT

We present first results from the ASCA Medium Sensitivity Survey (AMSS; or the GIS catalog project). From the serendipitous fields amounting to 106 degE-2, we determined the Log N - Log S relations in the 0.7-7 keV and 2-10 keV bands with the best statistical accuracy obtained so far, over the flux range from 1 x 10E-11 to 5 x 10E-14 and 7 x 10E-14 erg sE-1 cmE-2, respectively. When the sources detected in the 0.7-7 keV band are divided into two subsamples with higher and lower spectral hardness, the former exhibits a significantly steeper slope than the latter at fluxes below ~10E-12 erg sE-1 cmE-2 (0.7-7 keV). The average spectrum of sources becomes continuously harder toward fainter fluxes, from a photon index of 2.1 in the 0.7-10 keV range at the flux of ~10E-11 to 1.6 at ~10E-13 erg sE-1 cmE-2 (0.7-7 keV). This is consistent with the comparison of source counts between the 2-10 keV and the 0.7-2 keV band, and solves the puzzle of their discrepancy reported previously. Our results demonstrate rapid emergence of hard X-ray sources with a decreasing flux from \~10E-12 to ~10E-13 erg sE-1 cmE-2 (2-10 keV).

研究の動機と目的

• 広いフレックス範囲にわたり、0.7–7 keVおよび2–10 keVバンドにおけるLog N–Log S関係を、これまでにない統計的精度で決定すること。
• 軟らかく硬いX線バンド（0.3–3.5 keVおよび2–10 keV）における源数に長年存在した矛盾を解消すること。これは、フラクチュエーションデータでは観測されない過剰な硬い源の存在を示唆していた。
• 源のフラックスが減少するに従ってのX線源のスペクトル的進化、特に明るさが低いレベルで硬いスペクトルの源が出現する様子を調査すること。
• 特に遮蔽されたAGNの寄与を含め、宇宙X線背景（CXB）に寄与するX線源の集団的理解のための統計的基盤を確立すること。

提案手法

• 銀河縁からの汚染を最小限に抑えるために|b| > 20°を満たす領域を対象とし、369回のASCA GIS観測から得られた偶然的源検出を用いた。
• 源検出には、エネルギーおよび位置に依存するXRTおよびGISのポイントスプレッド関数（PSF）との相関を用い、その後、2次元最大尤度フィッティングにより源成分とバックグラウンド成分をモデル化した。
• 選択基準として|b| > 20°、1センサーあたりのカウントレート < 0.8 c s⁻¹、露出時間 > 5000 s、フィットの収束に伴う自由度修正カイ二乗統計量（χ²） < 1.7を適用した。
• 機器応答関数とスペクトルフィッティングを用いて、0.7–7 keVおよび2–10 keVバンドにおけるフラックスを計算し、機器効果およびバックグラウンド補正を施した。
• スペクトル進化を調査するため、0.7–7 keVバンドにおける硬さ比に基づき、源を硬スペクトルおよび軟スペクトルのサブサンプルに分類した。
• 2–10 keVバンドと0.7–2 keVバンドにおける源数を比較し、仮定された光子指数に基づいて軟らかく2–10 keVに換算したフラックスに変換することで、一貫性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広いフレックス範囲にわたり、軟らかく硬いX線バンド（0.7–7 keVおよび2–10 keV）におけるLog N–Log S関係はどのように比較されるか。また、過去の矛盾はどのように説明されるか？
• RQ2 フラックスが低下するに従ってX線源のスペクトル的進化はどのように変化するか。特に、約10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²未満の明るさで硬いスペクトルの源がどのように出現するか？
• RQ3 特に遮蔽されたAGNを含む硬いX線源は、明るさが低い領域で宇宙X線背景にどの程度寄与しているか？
• RQ4 Gingaなどのフラクチュエーション解析では、軟らかく硬いバンドの源数の矛盾から予想されるよりもスペクトル指数がやややわらかく（Γ ≈ 1.8）見られるが、その理由は何か？

主な発見

• 0.7–7 keVバンドにおけるLog N–Log S関係は、これまでで最も高い統計的精度で測定され、フラックス範囲は1×10⁻¹¹から5×10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²にわたった。
• 2–10 keVバンドにおけるLog N–Log S関係も同様に高い精度で測定され、同じフラックス範囲をカバーしており、明るさが低い領域で傾きが急になる傾向を示した。
• 0.7–7 keVバンドでフラックスが約10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²未満になると、硬スペクトルサブサンプルのLog N–Log S勾配が軟スペクトルサブサンプルよりも顕著に急になることが判明し、硬い源の急速な出現を示した。
• X線源の平均光子指数は、0.7–10 keVバンドで約10⁻¹¹ erg s⁻¹ cm⁻²の領域でΓ ≈ 2.1から、0.7–7 keVバンドで約10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²の領域に至りΓ ≈ 1.6に連続的に硬くなることが確認され、スペクトル的進化が裏付けられた。
• 軟らかく硬いバンドの源数に生じていた矛盾（EMSSの軟らかくGingaの硬いバンド）は解消された。AMSSの硬いバンド源数は、S ∼ 4×10⁻¹³から1×10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²の領域でGingaの最良フィット値を下回り、軟らかくバンドの源数はEMSSではなく、ROSAT調査（例：RIXOS）と整合的である。これは、EMSSに銀河縁の汚染が存在したためである。
• 明るさが低い領域（S ∼ 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²）で、光子指数を1.6と仮定した場合にのみ、硬く軟らかくバンドの源数が一致する。これは、観測されたスペクトルの硬化と整合的であり、宇宙X線背景スペクトルを決定づけるのは、出現する硬い源群であることを確認した。