[論文レビュー] The Parkes quarter-Jansky flat-spectrum sample 3. Space density and evolution of QSOs

J. V. Wall, Carole Jackson+3 more|ArXiv.org|Aug 6, 2004

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 76

ひとこと要約

この論文は、パーキンス四分の一ジャンスキー平坦スペクトルクェーサー候補サンプルを分析し、空間密度と進化を検討する。モデルに依存しない $V_{\rm max}$ テストを用いて、$z>3$ において空間密度に顕著な低下が $>4\sigma$ の有意水準で確認された。結果は、高赤方偏移カットオフが実在のものであり、ほこりによる遮蔽によるものではないことを示しており、電波的に選別されたクェーサーの進化パターンは、X線および可視光で選別されたクェーサーと密接に一致している。

ABSTRACT

We analyze the Parkes quarter-Jansky flat-spectrum sample of QSOs in terms of space density, including the redshift distribution, the radio luminosity function, and the evidence for a redshift cutoff. With regard to the luminosity function, we note the strong evolution in space density from the present day to epochs corresponding to redshifts ~ 1. We draw attention to a selection effect due to spread in spectral shape that may have misled other investigators to consider the apparent similarities in shape of luminosity functions in different redshift shells as evidence for luminosity evolution. To examine the evolution at redshifts beyond 3, we develop a model-independent method based on the V_max test using each object to predict expectation densities beyond z=3. With this we show that a diminution in space density at z > 3 is present at a significance level >4 sigma. We identify a severe bias in such determinations from using flux-density measurements at epochs significantly later than that of the finding survey. The form of the diminution is estimated, and is shown to be very similar to that found for QSOs selected in X-ray and optical wavebands. The diminution is also compared with the current estimates of star-formation evolution, with less conclusive results. In summary we suggest that the reionization epoch is little influenced by powerful flat-spectrum QSOs, and that dust obscuration does not play a major role in our view of the QSO population selected at radio, optical or X-ray wavelengths.

研究の動機と目的

• パーキンス四分の一ジャンスキー・サンプルに含まれる平坦スペクトルクェーサーの空間密度と赤方偏移による進化を特定すること。
• 観測された高赤方偏移領域におけるクェーサー空間密度のカットオフが、実在のものであるか、それともほこりによる遮蔽の結果であるかを検証すること。
• $z=3$ よりも高い赤方偏移領域における進化を評価するためのモデルに依存しない手法を開発すること。
• 電波的に選別されたクェーサーの進化を、X線および可視光で選別されたクェーサーと星形成率と比較すること。
• 高赤方偏移領域（$6<z<17$）における電波的に選別されたクェーサーの再電離期への寄与を評価すること。

提案手法

• 各クェーサーに対して $V_{\rm max}$ テストを適用し、均一な空間密度のもとで予想される高赤方偏移領域における源数を予測した。
• 光度の進化や密度関数に関する仮定を必要としない、モデルフリーで頑健な統計的手法を用いた。
• 最も明るい源に限らず、サンプル内のすべてのクェーサーを組み込むことで、統計的パワーを高め、バイアスを低減した。
• 不確実性を推定するために、ブートストラップ解析（1000回の再サンプリング）を実施した。
• Chandra、XMM-Newton、ROSAT のX線調査およびSDSS の可視光調査の結果と、導出された進化を比較した。
• 同時でないフラックス密度測定の影響を評価し、これが主要なバイアス要因であると特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $z>3$ におけるクェーサー空間密度の低下は、統計的に有意かつ実在のものであるか、それとも選択効果に起因するものか？
• RQ2 電波的に選別されたクェーサー集団における高赤方偏移カットオフは、本質的な進化の結果か、それともほこりによる遮蔽の結果か？
• RQ3 電波的に選別されたクェーサーの進化は、X線および可視光で選別されたクェーサーとどのように比較できるか？
• RQ4 クェーサーの空間密度の進化は、星形成率の進化とどの程度一致するか？
• RQ5 高い光度と宇宙間媒体への潜在的影響を考慮すると、電波的に選別されたクェーサーは再電離期（$6<z<17$）においてどのような役割を果たすか？

主な発見

• $V_{\rm max}$ テストを用いて、$z>3$ におけるクェーサー空間密度の顕著な低下が $>4\sigma$ の有意水準で確認された。
• 電波的に選別されたクェーサーにおける高赤方偏移領域の進化形態は、X線および可視光で選別されたクェーサーで観測されたものと密接に一致している。
• この低下は、電波で選別されたサンプルがほこりによる吸収に影響されないため、ほこりによる遮蔽の結果ではない。
• 電波的に選別されたクェーサーの空間密度は、$z=0$ から $z=1$ にかけて急激に増加し、$z=1$ から $z=2.5$ の間は平坦化し、$z>3$ で低下する。
• $z \sim 1.5$ を超える領域では、AGNの空間密度は急激に低下するが、星形成率（SFR）は $z>6$ まで比較的平坦なまま維持されるため、進化パターンは一致しない。
• 同時でないフラックス密度測定は、顕著なバイアスを引き起こし、見かけの赤方偏移カットオフを抑制する可能性がある。これにより、このような解析ではタイムリーなデータ収集の重要性が浮き彫りになった。