[논문 리뷰] BASS XXX: Distribution Functions of DR2 Eddington-ratios, Black Hole Masses, and X-ray Luminosities

Tonima Tasnim Ananna, Anna K. Weigel외 20명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 189인용 수 63

한 줄 요약

이 연구는 스펙트럼적으로 완전한 BASS DR2 샘플을 사용하여, 관측 편향을 보정한 최초의 직접 관측된 블랙홀 질량 함수(BHMF)와 에딩턴 비율 분포 함수(ERDF)를 제2형 활성은하핵(AGN)에 대해 제시한다. 전방 모델링을 적용하여 관측 편향을 보정함으로써, 제2형 AGN는 제1형 AGN보다 더 낮은 에딩턴 비율 쪽으로 크게 기울어진 ERDF를 가지며, 복사압력이 차폐 구조를 형성하는 데 기여하는 복사압력 조절 통합 모델을 지지함을 밝혀냈다.

ABSTRACT

We determine the low-redshift X-ray luminosity function (XLF), active black hole mass function (BHMF), and Eddington-ratio distribution function (ERDF) for both unobscured (Type 1) and obscured (Type 2) active galactic nuclei (AGN) using the unprecedented spectroscopic completeness of the BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) data release 2. In addition to a straightforward 1/Vmax approach, we also compute the intrinsic distributions, accounting for sample truncation by employing a forward modeling approach to recover the observed BHMF and ERDF. As previous BHMFs and ERDFs have been robustly determined only for samples of bright, broad-line (Type 1) AGNs and/or quasars, ours is the first directly observationally constrained BHMF and ERDF of Type 2 AGN. We find that after accounting for all observational biases, the intrinsic ERDF of Type 2 AGN is significantly skewed towards lower Eddington ratios than the intrinsic ERDF of Type 1 AGN. This result supports the radiation-regulated unification scenario, in which radiation pressure dictates the geometry of the dusty obscuring structure around an AGN. Calculating the ERDFs in two separate mass bins, we verify that the derived shape is consistent, validating the assumption that the ERDF (shape) is mass independent. We report the local AGN duty cycle as a function of mass and Eddington ratio, by comparing the BASS active BHMF with the local mass function for all SMBH. We also present the log N-log S of Swift-BAT 70-month sources.

연구 동기 및 목표

• 저적색도 AGN의 X선 광도, 블랙홀 질량, 에딩턴 비율의 진정 분포 함수를 관측 편향을 보정하여 규명하는 것.
• 이전에 은폐로 인해 접근이 어려웠던 제2형 AGN에 대해 최초로 직접 관측된, 편향 보정된 블랙홀 질량 함수(BHMF)와 에딩턴 비율 분포 함수(ERDF)를 제공하는 것.
• 제1형과 제2형 AGN의 진정 ERDF를 비교하여 복사압력 조절 통합 모델을 검증하는 것.
• ERDF의 질량 의존성 평가 및 다양한 질량과 질량 흡착률 영역에서 국지 AGN의 직행 주기 계산

제안 방법

• 적색도 0.01 ≤ z ≤ 0.3인 1668개의 AGN로 구성된 스펙트럼적으로 완전한 BASS DR2 샘플을 활용하여 AGN 탐지의 높은 완전성을 확보한다.
• 특히 낮은 질량과 낮은 에딩턴 비율에서 발생하는 샘플 절단 및 관측 편향을 보정하기 위해 전방 모델링 접근법을 적용한다.
• 데이터 모델링을 위해 AGN X선 광도 함수(XLF)에 수정된 Schechter 함수와 은하 항성 질량 함수에 이중 Schechter 함수를 사용한다.
• 1/Vmax 및 전방 모델링을 사용하여 진정 BHMF와 ERDF를 계산하며, 오차 전파를 위해 Emcee를 사용한 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 방법을 활용한다.
• 편향 보정된 BHMF와 ERDF를 복합하여 관측된 XLF를 재현함으로써 상호 일관성 여부를 검증한다.
• X선 은폐성과 분광학적 분류 기반으로 제1형과 제2형 하위 샘플로 분석을 분할한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 편향을 보정한 후 제2형 AGN의 진정 에딩턴 비율 분포는 어떻게 되며, 제1형 AGN와 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ2 많은 모델에서 가정한 바와 같이, 에딩턴 비율 분포 함수(ERDF)의 형태는 블랙홀 질량에 독립적인가?
• RQ3 X선 광도 함수(XLF), BHMF, ERDF가 함께 관측된 AGN 인구를 어떻게 재현하는가?
• RQ4 지역 우주에서 현재 활성 상태인 초거대 블랙홀의 비율은 얼마이며, 이 비율은 질량과 질량 흡착률에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 편향 보정된 제2형 AGN의 진정 ERDF는 제1형 AGN보다 더 낮은 에딩턴 비율 쪽으로 기울어져 있으며, 평균 log λE ≈ -1.657로 나타나고, 제1형 AGN의 평균 log λE ≈ -1.152와 비교해 통계적으로 유의미한 차이를 보인다.
• 두 개의 별도된 블랙홀 질량 구간(log MBH ≈ 6.5–7.5 및 7.5–8.5)에서 ERDF 형태가 일관되며, BASS DR2 샘플에서 ERDF가 질량에 독립적임을 확인한다.
• 활동도는 총 블랙홀 질량 함수 대비 log λE > -3 인 AGN 비율로 정의되며, 국지 우주에서 10–16%이다.
• 활동 상태인 초거대 블랙홀 질량의 비율은 총 국지 SMBH 질량의 6–10%이며, 대부분의 SMBH가 현재 침체 상태에 있음을 시사한다.
• 증가하는 광도에서 Compton-얇은 AGN 비율이 감소하고, Compton-두꺼운 비율은 일정하게 유지되는 관측된 경향은 복사압력 조절 통합 모델을 지지한다.
• 편향 보정된 BHMF와 ERDF의 복합화가 관측된 XLF를 성공적으로 재현하여 유도된 분포 함수의 상호 일관성을 검증한다.