[논문 리뷰] AGN and QSOs in the eROSITA All-Sky Survey -- Part I: Statistical properties

Alexander Kolodzig, M. Gilfanov외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 33

한 줄 요약

이 논문은 eROSITA 전체천구 조사(eRASS)에서 검출될 것으로 예상되는 약 300만 개의 AGN 및 QSO의 통계적 성질을 예측한다. 이는 적색편이에 따라 변하는 X선 등화함수와 기기 감도 모델을 사용하여 수행된다. 중간 적색편이 z ≈ 1, 높은 감도(0.5–2.0 keV 범위에서 1 × 10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²)를 갖는 eRASS는 z = 1을 초월하는 AGN 진화, 초거대 블랙홀 성장 및 천체물리학적 구조에 대한 사상적인 연구를 가능하게 할 것이다.

ABSTRACT

Context. The main element of the observing program of the Spectrum-Roentgen-Gamma orbital observatory is a four-year all-sky survey, in the course of which the entire sky will be scanned eight times. Aims. We analyze the statistical properties of AGN and QSOs that are expected to be detected in the course of the eROSITA all-sky survey (eRASS). Methods. According to the currently planned survey strategy and based on the parameters of the Galactic and extragalactic X-ray background as well as on the results of the recent calculations of the eROSITA instrumental background, we computed a sensitivity map of the eRASS. Using the best available redshift-dependent AGN X-ray luminosity function (XLF), we computed various characteristics of the eRASS AGN sample, such as their luminosity- and redshift distributions, and the brightness distributions of their optical counterparts. Results. After four years of the survey, a sky-average sensitivity of ~1x10^(-14) erg/s/cm^2 will be achieved in the 0.5-2.0keV band. With this sensitivity, eROSITA is expected to detect ~3 million AGN on the extragalactic sky (|b|>10deg). The median redshift of the eRASS AGN will be z~1 with ~40% of the objects in the z=1-2 redshift range. About 10^4 - 10^5 AGN are predicted beyond redshift z=3 and about 2 000 - 30 000 AGN beyond redshift z=4, the exact numbers depend on the poorly known behavior of the AGN XLF in the high-redshift and luminosity regimes. Of the detected AGN, the brightest 10% will be detected with more than ~38 counts per PSF HEW, while the faintest 10% will have fewer than ~9 counts. The optical counterparts of ~95% of the AGN will be brighter than I_(AB)=22.5mag. The planned scanning strategy will allow one to search for transient events on a timescale of half a year and a few hours with a 0.5-2.0keV sensitivity of ~2x10^(-14) to ~2x10^(-13) erg/s/cm^2, respectively.

연구 동기 및 목표

• . eROSITA 전체천구조사(eRASS)에서 기대되는 AGN 및 QSO의 통계적 분포를 예측하기 위해.
• . 기기 감도 및 배경 모델을 사용하여 적색편이 및 등화함수에 따른 AGN의 검출 가능성 평가하기 위해.
• . 향후 조사 계획 수립을 위해 AGN의 옵티컬 대응체 밝기 및 적색편이 분포 추정하기 위해.
• . 월 단위 및 시간 단위의 일시적 X선 사건 검출 능력 평가하기 위해.
• . 예상되는 AGN 대응체의 수와 밝기 분포를 정량화하여 향후 옵티컬 후속 관측 전략 안내하기 위해.

제안 방법

• . 기기 배경 모델과 조사 전략 파rameter를 사용하여 eRASS의 감도 지도를 구축하였다.
• . 적색편이에 따라 변하는 최적의 X선 등화함수(XLF)를 적용하여 적색편이 및 등화함수에 따른 AGN 소스 수를 시뮬레이션하였다.
• . eROSITA 응답 행렬과 에너지 대역(0.5–2.0 keV 및 2–10 keV)을 사용하여 카운트율과 광도 한계를 계산하였다.
• . COSMOS 및 Bootes 영역의 I-대역 등급 분포를 사용하여 옵티컬 대응체 밝기를 추정하였다.
• . 다양한 조사 기간(4년, 0.5년)과 하늘 영역에 대한 소스 밀도와 감도 한계를 투영하였다.
• . 시뮬레이션 全 과정에서 우주론적 파rameter(H₀ = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ωₘ = 0.3, ΩΛ = 0.7)를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 . eRASS에서 4년 간의 관측 기간 동안 예상되는 AGN 및 QSO의 수는 얼마인가?
• RQ2 . 검출된 AGN 샘플의 예상되는 적색편이 및 등화함수 분포는 어떻게 되는가?
• RQ3 . eRASS AGN의 옵티컬 대응체 밝기 분포는 무엇이며, 기존 조사와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 . 반년 및 몇 시간 단위의 시간 스케일에서 eRASS는 일시적 X선 사건을 얼마나 감도 있게 검출할 수 있는가?
• RQ5 . 고적색편이 및 고등화함수 XLF의 불확실성은 z = 3 및 z = 4를 초월하는 AGN 예측 수에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• . eROSITA는 4년 간의 관측 기간 동안 은하계 외부 천구( |b| > 10°)에서 약 300만 개의 AGN를 검출할 것으로 예상된다.
• . 검출된 AGN 샘플의 중간 적색편이는 z ≈ 1이며, 약 40%는 적색편이 범위 z = 1–2에 위치한다.
• . 고적색편이 XLF의 불확실성에 따라 z = 3를 초월하는 AGN는 약 10⁴ ~ 10⁵개, z = 4를 초월하는 AGN는 약 2,000 ~ 30,000개로 예측된다.
• . eRASS AGN 중 가장 밝은 10%는 반에너지 반지름 내 약 38개 이상의 카운트를 가지며, 가장 어두운 10%는 약 9개 이하의 카운트를 가진다.
• . 검출된 AGN의 약 95%는 IAB = 22.5 mag 이하의 옵티컬 대응체를 가지며, 이는 Pan-STARRS PS1과 같은 깊은 옵티컬 조사에서 접근 가능함을 의미한다.
• . 조사의 천구 평균 감도는 0.5–2.0 keV 대역에서 약 1 × 10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²이며, 반년 스케일에서 약 2 × 10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²의 광도를 가진 일시적 사건도 검출 가능하다.