[논문 리뷰] AGN and QSOs in the eROSITA All-Sky Survey -- Part II: The large-scale structure

Alexander Kolodzig, M. Gilfanov외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 03.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 46인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 eROSITA 전천문 조사(eRASS)가 중간 적색편이 z ≈ 1에서 약 300만 개의 X선으로 선택된 AGN 샘플을 제공할 것임을 보여주며, 이는 사전에 알려진 대규모 구조 연구를 가능하게 한다. 또한 eRASS는 적색편이 z ≈ 2까지의 X선 AGN에서 바리온 음향 진동(BAO)을 최초로 고의미수준(≥10σ)으로 탐지할 수 있음을 보여주며, 현재의 z ≈ 0.8 이하로 제한된 BAO 측정을 초과한다.

ABSTRACT

The four-year X-ray all-sky survey (eRASS) of the eROSITA telescope aboard the Spektrum-Roentgen-Gamma satellite will detect ~3 million active galactic nuclei (AGN) with a median redshift of z~1 and a typical luminosity of L_(0.5-2.0 keV) ~ 10^(44) erg/s. We show that this unprecedented AGN sample, complemented with redshift information, will supply us with outstanding opportunities for large-scale structure research. For the first time, detailed redshift- and luminosity-resolved studies of the bias factor for X-ray selected AGN will become possible. The eRASS AGN sample will not only improve the redshift- and luminosity-resolution of these studies, but will also expand their luminosity range beyond L_(0.5-2.0 keV) ~ 10^(44) erg/s, thus enabling a direct comparison of the clustering properties of luminous X-ray AGN and optical quasars. These studies will dramatically improve our understanding of the AGN environment, triggering mechanisms, the growth of supermassive black holes and their co-evolution with dark matter halos. The eRASS AGN sample will become a powerful cosmological probe. It will enable detecting baryonic acoustic oscillations (BAOs) for the first time with X-ray selected AGN. With the data from the entire extragalactic sky, BAO will be detected at a >~10sigma confidence level in the full redshift range and with ~8sigma confidence in the 0.8 < z < 2.0 range, which is currently not covered by any existing BAO surveys. To exploit the full potential of the eRASS AGN sample, photometric and spectroscopic surveys of large areas and a sufficient depth will be needed.

연구 동기 및 목표

• eRASS의 X선으로 선택된 AGN 샘플을 활용하여 대규모 구조(LSS) 연구 잠재력을 평가하기 위해.
• 기존의 적색편이 및 휘도 해상도를 갖춘 정밀도로 AGN의 선형 편차 인자 측정 가능성을 평가하기 위해.
• eRASS 데이터를 사용하여 X선 AGN에서 바리온 음향 진동(BAO) 탐지의 통계적 유의수준을 결정하기 위해.
• eRASS AGN 샘플의 전체 천체물리학 잠재력을 실현하기 위해 필요한 후속 조사(광학적 및 스펙트럼적)를 특정하기 위해.
• 적색편이 측정 정확도가 BAO 탐지의 유의수준에 미치는 영향, 특히 광학적 적색편이의 경우를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 이전 연구(Hütsi 등 2012)에서 제시한 AGN 휘도 함수 및 군집 모델을 사용하여 소프트 X선 대역(0.5–2.0 keV)에서 eRASS AGN 샘플의 각도 파wer 스펙트럼을 시뮬레이션하였다.
• 평탄한 ΛCDM 우주론 모델(각도 속도 H₀ = 70 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ωₘ = 0.30, Ωₗ = 0.70, σ₈ = 0.8, Ω_b = 0.05)을 사용하여 AGN의 공간 군집 특성을 모델링함으로써 AGN의 선형 편차 인자를 평가하였다.
• 적색편이 분포를 얇은 조각으로 나누어 BAO 피크의 신호 대 잡음비를 계산함으로써 BAO 탐지의 기대 신뢰수준을 계산하였다.
• I ≈ 22.5 mag(R ≈ 23.0 mag) 감도를 가정하여 eRASS AGN에 대해 95% 완전성을 확보하기 위한 광학 후속 조사의 깊이를 추정하였다.
• 광학적 적색편이 오차에 대한 BAO 탐지의 강건성을 평가하기 위해, 일반 밴드 광학 조사에서 일반적인 두께(Δz ≈ 0.2–0.3)의 적색편이 조각을 시뮬레이션하였다.
• 선형 군집이 붕괴되는 l_max ≈ 500 이상의 멀티폴을 제외하고, 조사 기하학 및 천구 커버리지(f_sky ≈ 0.83, 약 34,000 deg²의 갈axy 외 천구 영역)를 고려했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 eROSITA 전천문 조사(eRASS)는 X선으로 선택된 AGN에서 바리온 음향 진동(BAO)을 고의미수준으로 탐지할 수 있는가?
• RQ2 전체 eRASS 갈axy 외 천구 영역 및 0.8 < z < 2.0 적색편이 범위에서 BAO 탐지의 기대 통계적 유의수준은 얼마인가?
• RQ3 eRASS 데이터를 사용하여 다양한 적색편이 및 휘도 범위에서 X선 AGN의 선형 편차 인자를 얼마나 정확하게 측정할 수 있는가?
• RQ4 eRASS AGN 샘플에 대해 95% 완전성을 확보하기 위해 필요한 광학 후속 조사의 깊이와 천구 커버리지는 얼마인가?
• RQ5 광학적 적색편이 오차는 eRASS AGN 샘플에서 BAO의 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• eRASS AGN 샘플은 전체 갈axy 외 천구 영역에서 바리온 음향 진동(BAO)을 최초로 ≥10σ의 유의수준으로 탐지할 수 있다.
• 0.8 < z < 2.0 적색편이 범위에서는 약 8σ의 유의수준으로 BAO가 탐지 가능하며, 이는 현재 기존 BAO 조사에서 다루지 못한 영역이다.
• 2,500 deg² 정도의 천구 영역을 사용하면 AGN의 선형 편차 인자를 10% 이내의 정확도로 측정할 수 있어, 적색편이 및 휘도 해상도를 갖춘 세밀한 연구가 가능하다.
• eRASS AGN 샘플은 L_{0.5–2.0 keV} ≈ 10⁴⁴ erg s⁻¹를 초월하는 휘도 범위로 군집 연구를 확장하여, X선 AGN와 옵티컬 퀘이사 간 직접 비교를 가능하게 한다.
• 광학적 적색편이 오차가 일반 밴드 필터에서 일반적인 수준(Δz ≈ 0.2–0.3)이더라도 BAO 탐지는 여전히 경계선적으로 가능하지만, 치명적인 오차는 여전히 주요 과제로 남아 있다.
• eRASS AGN의 BAO 연구 잠재력은 eBOSS를 초월하며, BigBOSS를 제외하면 2020년까지 가장 뛰어난 BAO 탐지 수단이 될 것이며, z ≈ 0.8를 초월하는 영역에서 최우선의 BAO 탐지 수단이 될 것이다.