[論文レビュー] The XMM-Newton Serendipitous Survey. VI. The X-ray Luminosity Function

J. Ebrero, F. J. Carrera+7 more|ArXiv.org|Nov 10, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 68被引用数 67

ひとこと要約

本研究では、XMM-ニュートンの偶然的調査と補足的な深さ・浅さの調査を用い、軟らかく（0.5–2 keV）、硬く（2–10 keV）、超硬く（4.5–7.5 keV）なバンドにおける吸収されたおよび吸収されないAGNのX線輝度関数（XLF）を提示する。Luminosity-Dependent Density Evolution（LDDE）モデルがデータを最もよく記述しており、高輝度AGNは初期に形成された（z ~ 1.5でピーク）、一方低輝度AGNはより低い赤方偏移まで形成が続く。特に、輝度に依存する進化効果のため、超硬バンドでの進化がより顕著である。

ABSTRACT

We present the X-ray luminosity function of AGN in three energy bands (Soft: 0.5-2 keV, Hard: 2-10 keV and Ultrahard: 4.5-7.5 keV). We have used the XMS survey along with other highly complete flux-limited deeper and shallower surveys for a total of 1009, 435 and 119 sources in the Soft, Hard and Ultrahard bands, respectively. We have modeled the intrinsic absorption of the Hard and Ultrahard sources (NH function) and computed the intrinsic X-ray luminosity function in all bands using a Maximum Likelihood fit technique to an analytical model. We find that the X-ray luminosity function (XLF) is best described by a Luminosity-Dependent Density Evolution (LDDE) model. Our results show a good overall agreement with previous results in the Hard band, although with slightly weaker evolution. Our model in the Soft band present slight discrepancies with other works in this band, the shape of our present day XLF being significantly flatter. We find faster evolution in the AGN detected in the Ultrahard band than those in the Hard band. The fraction of absorbed AGN in the Hard and Ultrahard bands is dependent on the X-ray luminosity. We find evidence of evolution of this fraction with redshift in the Hard band but not in the Ultrahard band, possibly due to the low statistics. Our best-fit XLF shows that the high-luminosity AGN are fully formed earlier than the less luminous AGN. The latter sources account for the vast majority of the accretion rate and mass density of the Universe, according to an anti-hierarchical black hole growth scenario.

研究の動機と目的

• AGNの真のX線輝度関数（XLF）を、内在的吸収と宇宙論的進化を考慮して正確に決定すること。
• 異なるエネルギー帯域におけるX線輝度と赤方偏移に応じた吸収されたAGNの割合の依存関係を調査すること。
• Luminosity-Dependent Density Evolution（LDDE）モデルが、Pure LuminosityまたはPure Density Evolutionモデルよりも優れたフィットを示すかどうかを検証すること。
• 遮蔽されたAGN集団を考慮した上で、宇宙時間にわたる降着率密度と全ブラックホール質量密度を推定すること。
• 特に軟らかく（soft）なX線バンドにおいて、過去の軟らかく・硬いX線調査の間で生じていたXLFの形状と進化率の不一致を解消すること。

提案手法

• 本研究では、XMM-ニュートンの偶然的調査と補足的なフラックス制限調査から、それぞれ軟らかく（0.5–2 keV）、硬く（2–10 keV）、超硬く（4.5–7.5 keV）なバンドで1,009、435、119個の源を対象とする。
• バッチングを行わない真のXLFを計算するために、修正された$1/V_a$手法と解析的モデルを用いた最尤推定法を適用する。
• 硬いおよび超硬いバンドの源に対して、遮蔽効果を補正するための内在的吸収（$N_H$）関数をモデル化する。
• 統計的適合度基準を用いて、LDDEモデルをPure Luminosity Evolution（PLE）およびPure Density Evolution（PDE）モデルと比較してテストする。
• XLFを用いて、赤方偏移関数としての共動的降着率密度と全ブラックホール質量密度を計算する。
• 結果を先行研究（例：Miyaji et al. 2000, Hasinger et al. 2005, La Franca et al. 2005）と比較し、一貫性の有無と不一致の解消を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNの真のX線輝度関数は、軟らかく・硬く・超硬いエネルギー帯域でどのように変化するか。また、最も適切な進化モデルは何か？
• RQ2 吸収されたAGNの割合はX線輝度と赤方偏移にどのように依存するか。また、これは宇宙時間とともに進化するか？
• RQ3 なぜ超硬バンドのXLFは硬いバンドよりも強い進化を示すのか。これは輝度に依存する進化のためか、サンプルバイアスのためか？
• RQ4 降着率密度と全ブラックホール質量密度は赤方偏移とともにどのように進化するか。また、局所観測と一致するか。Compton厚いAGNの寄与は何か？
• RQ5 本研究の結果は、過去の研究と比較して、軟らかくX線バンドのXLF形状と進化率の不一致をどの程度解消しているか？

主な発見

• Luminosity-Dependent Density Evolution（LDDE）モデルが、すべての3つのエネルギー帯域でXLFに最も適したフィットを示し、PLEおよびPDEモデルを上回る。
• 高輝度AGN（log LX > 44）の共動的密度ピークはz ~ 1.5に位置し、低輝度AGN（log LX < 44）はz ~ 0.7にピークを示す。これは、より高い輝度の源が初期に形成されたことを示唆する。
• 吸収されたAGN（log NH > 22）の割合はX線輝度が増加するにつれて減少し、AGNの人口統計における既知の傾向を確認した。
• 硬いバンドでは、吸収されたAGNの割合は赤方偏移とともに進化するが、超硬いバンドでは明確な進化は検出されず、統計的数が少ないことが理由とされる。
• 超硬いバンドのXLFは、カットオフ赤方偏移より下で硬いバンドよりも強い進化を示すが、これはモデルで考慮されていない輝度に依存する進化パラメータのためである可能性がある。
• 最良のフィットLDDEモデルから予測される局所ブラックホール質量密度は観測値と一致しており、Marconi et al. (2004)との不一致は、質量関数に寄与する約1.5倍のCompton厚いAGNが欠落していたことによって説明できる。