[논문 리뷰] Active Galactic Nuclei in the mid-IR. Evolution and Contribution to the Cosmic Infrared Background

I. Matute, F. La Franca외 4명|ArXiv.org|2006. 01. 16.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 74인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 ISO 및 IRAS 자료를 이용해 유형-1 및 유형-2 활성은하핵(AGN)의 중적외선 빛의 밝기 함수(LFs)를 분석하며, 빛의 밝기 진화(LE) 및 빛의 밝기 의존적 빛의 밝기 진화(LDLE) 모델을 통해 그 진화를 모델링한다. 연구 결과, 유형-1 AGN는 kL ≈ 2.9로 진화하고, 유형-2는 kL ≈ 1.8–2.6로 진화하며, 이는 우주적 적외선 배경(CIRB)의 4–10% 기여를 한다. Spitzer는 24 μm에서 0.01 mJy 이하로 내림표준으로 약 1200 deg⁻²의 유형-1 및 약 1000 deg⁻²의 유형-2 AGN를 탐지할 것으로 예상되나, 유형-2의 수는 광학적 오분류로 인해 과소평가될 가능성이 있다.

ABSTRACT

We study the evolution of the luminosity function (LF) of type-1 and type-2 AGN in the mid-infrared, and derive their contribution to the Cosmic InfraRed Background (CIRB) and the expected deep source counts to be observed by Spitzer at 24 micron. The sample of type-1 and type-2 AGN was selected at 15 micron (ISO) and 12 micron (IRAS), and classified on the basis of their optical spectra. Local templates of type-1 and type-2 AGN have been used to derive the intrinsic 15 micron luminosities. We adopted an evolving smooth two-power law shape of the LF, whose parameters have been derived using an un-binned maximum likelihood method. We find that the LF of type-1 AGN is compatible with a pure luminosity evolution (L(z)=L(0)(1+z)^k_L) model where k_L~2.9. A small flattening of the faint slope of the LF with increasing redshift is favoured by the data. A similar evolutionary scenario is found for the type-2 population with a rate k_L ranging from ~1.8 to 2.6, depending significantly on the adopted mid-infrared spectral energy distribution. Also for type-2 AGN a flattening of the LF with increasing redshift is suggested by the data, possibly caused by the loss of a fraction of type-2 AGN hidden within the optically classified starburst and normal galaxies. The type-1 AGN contribution to the CIRB at 15 micron is (4.2-12.1) x 10e-11 W m^-2 sr^-1, while the type-2 AGN contribution is (5.5-11.0) x 10e-11 W m^-2 sr^-1. We expect that Spitzer will observe, down to a flux limit of S_24 = 0.01 mJy, a density of ~1200 deg^-2 type-1 and ~1000 deg^-2 type-2 optically classified AGN. The derived total contribution of the AGN galaxies to the CIRB (4-10%) and Spitzer counts should be considered as lower limits, because of a possible loss of type-2 sources caused by the optical classification.

연구 동기 및 목표

• 중적외선으로 선택된 샘플을 이용해 유형-1 및 유형-2 AGN의 중적외선 빛의 밝기 함수(LFs)의 진화를 측정하기 위해.
• 15 μm에서 AGN가 우주적 적외선 배경(CIRB)에 기여하는 정도를 정량화하기 위해.
• Spitzer가 24 μm에서 관측할 것으로 예상되는 중적외선으로 선택된, 광학적으로 분류된 AGN의 수치 수를 예측하기 위해.
• 특히 은폐된 천체의 손실 가능성을 고려해, 광학적 분류가 유형-2 AGN 샘플의 완전성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 15 μm에서(ISO) 및 12 μm에서(IRS) 선택된 유형-1 및 유형-2 AGN 샘플을 광학 스펙트럼 분석을 통해 분류하였다.
• 지역 스펙트럼 템플릿을 적용하여 진짜 15 μm 빛의 밝기를 유도하였으며, 다양한 가정된 중적외선 SED를 사용해 K보정을 수행하였다.
• 비패킹 최대우도 방법을 사용해 진화하는 이중 거듭제곱 법칙 모델로 빛의 밝기 함수를 피팅하였다.
• AGN 진화를 기술하기 위해 순수 빛의 밝기 진화(PLE) 및 빛의 밝기 의존적 빛의 밝기 진화(LDLE) 모델을 모두 탐색하였다.
• 적분을 통해 적시된 빛의 밝기 함수를 적분하여 적시된 빛의 밝기 함수를 적분하여 CIRB 기여를 계산하였다.
• 0.01 mJy의 통과 임계값까지 빛의 밝기 함수를 외삽하여 Spitzer 24 μm 소스 수치를 예측하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유형-1 및 유형-2 AGN의 중적외선 빛의 밝기 함수는 우주의 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 유형-1 및 유형-2 AGN는 15 μm에서 우주적 적외선 배경(CIRB)에 어떤 기여를 하는가?
• RQ3 24 μm에서 중적외선으로 선택된, 광학적으로 분류된 AGN의 예측 수치는 X선으로 선택된 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 유형-2 AGN의 밀도는 광학적 분류 편향으로 인해 어느 정도 제한되어 있는가?
• RQ5 은폐된(유형-2) AGN는 총 AGN 빛의 밝기 함수 및 CIRB에 대해 어떤 상대 기여를 하는가?

주요 결과

• 유형-1 AGN의 빛의 밝기 함수는 순수 빛의 밝기 진화(PLE) 모델로 가장 잘 기술되며, 빛의 밝기 진화 지수 kL ≈ 2.9이다.
• 유형-2 AGN는 약간 더 느린 진화를 보이며, 가정된 중적외선 스펙트럼 에너지 분포(SED)에 따라 kL는 약 1.8에서 2.6 사이로 변동한다.
• 자료는 고적색도에서 유형-1 LF의 어두운 끝 기울기의 평탄화를 약간 더 선호하며, 이는 단순한 PLE를 초월한 진화 가능성을 시사한다.
• 유형-1과 유형-2 AGN의 조합 기여는 15 μm에서 (4.2–12.1) × 10⁻¹¹ W m⁻² sr⁻¹로 추정되며, 유형-2는 (5.5–11.0) × 10⁻¹¹ W m⁻² sr⁻¹로, 총합으로서 전체 CIRB의 4–10%를 기여한다.
• Spitzer는 24 μm에서 0.01 mJy 이하의 임계값까지 약 1200 deg⁻²의 유형-1 및 약 1000 deg⁻²의 유형-2 AGN를 탐지할 것으로 예상되나, 이 수치는 유형-2의 오분류로 인해 하한선일 가능성이 있다.
• X선 기반 모델(Silva 등 2004)과의 불일치로 인해, 유형-2의 경우 약 5배의 수치 차이가 발생하며, 이는 은폐된 AGN의 상당 부분이 광학적 분류에서 누락되고 있음을 시사한다.