[論文レビュー] The XMM deep survey in the CDF-S II. a 9-20 keV selection of heavily obscured active galaxies at z>1.7

K. Iwasawa, R. Gilli+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 74被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、XMM-CDFS深宇宙サーベイにおいて、9–20 keVのX線過剰選別を用いて赤方偏移 z > 1.7 の重く遮蔽された活動銀河核（AGN）を同定した。非共動的硬X線放射とX線スペクトル診断を活用した結果、サンプルの約75%が高吸収（NH > 10²² cm⁻²）であり、コンプトン厚い吸収を示す顕著な割合を示しており、これは高赤方偏移および高ランクのAGNにおける遮蔽AGNの割合が、局所宇宙と比較して増加していることを示唆している。

ABSTRACT

We present results on a search of heavily obscured active galaxies z>1.7 using the rest-frame 9-20 keV excess for X-ray sources detected in the deep XMM-CDFS survey. Out of 176 sources selected with the conservative detection criteria (>8 sigma) in the first source catalogue of Ranalli et al., 46 objects lie in the redshift range of interest with the median redshift z~2.5. Their typical rest-frame 10-20 keV luminosity is 1e+44 erg/s, as observed. Among optically faint objects that lack spectroscopic redshift, four were found to be strongly absorbed X-ray sources, and the enhanced Fe K emission or absorption features in their X-ray spectra were used to obtain X-ray spectroscopic redshifts. Using the X-ray colour-colour diagram based on the rest-frame 3-5 keV, 5-9 keV, and 9-20 keV bands, seven objects were selected for their 9-20 keV excess and were found to be strongly absorbed X-ray sources with column density of nH > 0.6e+24 cm-2, including two possible Compton thick sources. While they are emitting at quasar luminosity, ~3/4 of the sample objects are found to be absorbed by nH > 1e+22 cm-2. A comparison with local AGN at the matched luminosity suggests an increasing trend of the absorbed source fraction for high-luminosity AGN towards high redshifts.

研究の動機と目的

• 硬X線選別を用いて、高赤方偏移（z > 1.7）における重く遮蔽されたAGNを検出および特徴付けること。
• 光学サーベイの限界を克服するため、非共動的9–20 keV放射を介してX線遮蔽AGNを標的とすること。
• 特に高ランククェーサーにおいて、赤方偏移およびランクに伴う遮蔽AGN割合の進化を測定すること。
• 鉄K特徴および色-色図を含むX線スペクトル診断を用いて、光学的に検出不能な微弱な源の赤方偏移および吸収特性を導出すること。
• 合体駆動のAGN進化モデルが予測するように、高赤方偏移において遮蔽AGN割合が増加するかどうかを検証すること。

提案手法

• XMM-CDFS第1カタログの176個のX線源から、2–10 keVバンドで8σ以上の有意性を持つものを選別した。
• 非共動的20 keVが観測で7.4 keVに相当するz > 1.7の源に焦点を当て、硬X線過剰の検出を可能にした。
• 非共動的3–5 keV、5–9 keV、および9–20 keVバンドを用いて色-色図を構築し、9–20 keV過剰源を同定した。
• 光学的に微弱な源のスペトロスコピック赤方偏移を導出するため、X線スペクトルフィッティングを用い、Fe Kα発光および吸収特徴を検出した。
• スペクトルモデリングから非共動的10–20 keVランクおよび吸収列密度（NH）を計算し、コンプトン厚い候補（NH ≥ 0.6 × 10²⁴ cm⁻²）を含めた。
• 観測された遮蔽AGN割合を局所AGNモデルと比較し、赤方偏移による進化を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深宇宙X線サーベイにおいて、z > 1.7の重く遮蔽されたAGNの割合は何か？ これは局所推定値とどのように異なるか？
• RQ2 非共動的9–20 keV過剰およびFe K特徴は、光学サーベイで検出不能な高遮蔽AGNを同定および赤方偏移付与に用いることができるか？
• RQ3 高ランククェーサーにおいて、赤方偏移に伴い遮蔽AGN割合が増加するか？ もしそうであれば、その進化を駆動する物理的メカニズムは何か？
• RQ4 同じランクで比較した場合、高赤方偏移AGNの吸収特性（NH、コンプトン厚い候補）は、局所宇宙のものとどのように異なるか？
• RQ5 K補正およびスペクトル形状が、高赤方偏移における吸収AGNの検出可能性をどの程度保持するか？

主な発見

• z > 1.7の46源のうち35源（76%）がNH > 10²² cm⁻²の高吸収を示しており、高赤方偏移AGNにおける遮蔽の顕著な広がりを示している。
• 色-色図における9–20 keV過剰により選別された7源は、全員がNH ≥ 0.6 × 10²⁴ cm⁻²を示し、うち2源はおそらくコンプトン厚い（NH ≥ 10²⁴ cm⁻²）と推定された。
• サンプルの非共動的10–20 keVランクの中央値は0.9 × 10⁴⁴ erg s⁻¹であり、クェーサークラスの活動と整合的であった。
• Fe Kα発光および吸収特徴を用いて、4つの光学的に微弱で同定不能な源のX線スペクトル的赤方偏移が成功裏に導出された。
• 高ランク（L10–20 > 10⁴⁴ erg s⁻¹）における観測された遮蔽AGN割合は、高赤方偏移に向かって増加しており、非進化モデルとは矛盾し、合体駆動進化を支持する。
• 局所AGNモデル（例：Gilli et al. 2007）における遮蔽割合のランク依存性は、観測値よりも浅く、結果として局所宇宙における遮蔽クェーサーの過剰推定が約2.5倍に及ぶ可能性があり、これはモデルにおける進化の欠落を相殺する要因となる可能性がある。