[論文レビュー] The HELLAS2XMM survey: IV. Optical identifications and the evolution of the accretion luminosity in the Universe

F. Fiore, M. Brusa+13 more|ArXiv.org|Jun 26, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 45被引用数 156

ひとこと要約

本研究では、HELLAS2XMM調査におけるXMM-Newton X線源122個の光学的同定を提示し、約20％が極端なX線対光学フラックス比（X/O > 10）を示していることが判明した。これは、強く遮蔽されたか、非常に高 luminosity のAGNを示唆する。深さの異なる調査と組み合わせることで、高 luminosity AGN（log L_{2-10keV} > 44.5）の数密度が z ≈ 1–2 でピークに達し、低 luminosity AGNとは異なるように進化することが判明した。また、z=2から4の間で、両者のAGNが合計の吸収 luminosity 密度にほぼ同等の寄与をしていることが示された。

ABSTRACT

We present results from the photometric and spectroscopic identification of 122 X-ray sources recently discovered by XMM-Newton in the 2-10 keV band (the HELLAS2XMM 1dF sample). Their flux cover the range 8E-15-4E-13 cgs and the total area surveyed is 0.9 deg2. About 20% of the hard X-ray selected sources have an X-ray to optical flux ratio (X/O) ten times or more higher than that of optically selected AGN. Unlike the faint sources found in the ultra-deep Chandra and XMM-Newton surveys, which reach X-ray (and optical) fluxes more than one order of magnitude lower than the HELLAS2XMM survey sources, many of the extreme X/O sources in our sample have R<=25 and are therefore accessible to optical spectroscopy. We report the identification of 13 sources with X/O>10: 8 are narrow line QSO (i.e. QSO2), four are broad line QSO. We use a combined sample of 317 hard X-ray selected sources (HELLAS2XMM 1dF, CDFN 1Msec, SSA13 and Lockman Hole flux limited samples), 221 with measured z, to evaluate the cosmological evolution of the hard X-ray source's number and luminosity densities. Looking backward in time, the low luminosity sources (logL(2-10keV) = 43-44 erg/s) increase in number at a rate different than the high luminosity sources (logL(2-10keV)>44.5 erg/s), reaching a maximum around z=1 and then levelling off beyond z=2. This translates into an accretion driven luminosity density which is dominated by sources with logL(2-10keV) < 44.5 erg/s up to at least z=1, while the contribution of the same sources and of those with logL(2-10keV)>44.5 erg/s appear to be comparable between z=2 and 4.

研究の動機と目的

• 光学的photometryおよび分光法を用いて、HELLAS2XMM調査のX線源を同定・特徴づけること。
• X/O フラックス比が極端に高い（特に X/O > 10）源の性質を調査すること。これは、遮蔽されたか、非常に高 luminosity のAGNを示唆する可能性がある。
• 浅い（HELLAS2XMM）および深い（CDFN、CDFS、Lockman Hole）調査データを統合し、ハードX線選択AGNの宇宙論的進化を測定すること。
• 赤方偏移 z=0 から z=4 の範囲で、AGNの luminosity および数密度の進化を制約すること。特に高 luminosity および遮蔽された集団に注目する。
• 階層的クラスタリングモデルおよびAGNと銀河の共進化に関する観測的制約を提供すること。特に遮蔽および luminosity の役割に焦点を当てる。

提案手法

• 0.9 deg² の領域にわたるHELLAS2XMM 1dF調査における122個のX線源に対して、光学的フォローアップをphotometryおよび分光法を用いて実施。
• ESOおよびTNG望遠鏡の多バンド画像を用いて、X線源と光学/NIR対応源のクロス同定を実施。
• 合計317個のハードX線選択源のサンプルに含まれる221個の源について、測定された赤方偏移を用いて分光的赤方偏移を決定。
• 赤方偏移および luminosity バイニング（log L_{2-10keV} = 43–44 および >44.5）を用いて、X線 luminosity 関数および数密度の進化を構築。
• X/O フラックス比とR-K色を比較し、極めて赤い対象（EROs）を同定。高X/Oと遮蔽または大質量ホスト銀河の関連を示唆。
• 分光的同定が困難な微弱な源については、photometric 赤方偏移を用いて赤方偏移カバー範囲を拡大し、luminosity 関数推定値の改善を図った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハードX線選択源のうち、X/O フラックス比が極端に高い（X/O > 10）ものはどの程度の割合を占め、その性質は何か？
• RQ2 高 luminosity （log L_{2-10keV} > 44.5）および低 luminosity （log L_{2-10keV} = 43–44）AGNの数密度およびluminosity 密度は、赤方偏移とともにどのように変化するか？
• RQ3 AGNの宇宙的密度にluminosity 依存の進化が見られるか。また、AGN合成モデルの予測と比較するとどうなるか？
• RQ4 遮蔽されたAGNと非遮蔽AGNは同様に進化しているか。遮蔽はluminosity と相関しているか？
• RQ5 HELLAS2XMMと超深宇宙調査データを統合することで、z=2–4 における吸収 luminosity 密度に信頼性の高い制約を与えることができるか？

主な発見

• HELLAS2XMM調査におけるハードX線選択源の約20％がX/O比 ≥10 を示しており、これは極端なX線優位性を示しており、そのうち13個は分光的に同定された。
• X/O > 10 の源のうち、8つは幅が狭いQSO、4つは幅の広いQSOであり、これは高 luminosity のタイプ2セイフェート銀河と関連している可能性を示唆する。
• 低 luminosity AGN（log L_{2-10keV} = 43–44）の数密度は、見かけの時間の経過とともにゆっくりと増加し、z ≈ 1 でピークに達し、z ≈ 2 を超えては減少する。
• 高 luminosity AGN（log L_{2-10keV} > 44.5）の数密度は、z ≈ 1–2 でピークに達し、z ≈ 2 を超えても比較的平坦なまま維持される。
• z = 1 までには、log L_{2-10keV} < 44.5 の源が吸収 luminosity 密度を支配しているが、z = 2 から4 の間では、低 luminosity および高 luminosity の両源からの寄与がほぼ同等になる。
• Mignoliらのサンプルに含まれるX/O > 10 の10個の源のうち、R-K > 5 のすべてが極めて赤い対象（EROs）であった。これは、高X/Oと大質量・赤く発達したホスト銀河の関連を示唆する。