[논문 리뷰] Red AGN in XMM-Newton/SDSS fields

A. Georgakakis, I. Georgantopoulos외 1명|CERN Bulletin|2005. 11. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 XMM-Newton 및 SDSS 영역 내 적색 활성은하핵(AGN)을 조사하여, z < 1인 영역에서 광학적으로 적색인 X선 소스, 특히 g−r > 0.4를 만족하는 소스들이 확산 X선 배경에 약 17% 기여하며, Γ ≈ 1.4의 거듭제곱 법칙에 부합하는 X선 스펙트럼을 보임을 발견하였다. 이 인구는 막힌 AGN과 막히지 않은 AGN을 포함하며, 주로 은하의 항성 빛으로 인한 밝기 왜곡이 적색 광학 색상의 핵심 원인이다.

ABSTRACT

In this paper we combine archival and proprietary XMM-Newton observations (about 5deg^2) that overlap with the Sloan Digital Sky Survey to explore the nature of the moderate-z X-ray population. We focus on X-ray sources with optically red colours (g-r&gt;0.4), which we argue are important for understanding the origin of the X-ray background. Firstly, these systems constitute a significant fraction, about 2/3, of the z&lt;1 X-ray population to the limit f(2-8keV)~2e-14cgs. Secondly, their luminosity function under evolution of the form ~(1+z)^3 suggests that they could be responsible for about 17 per cent of the diffuse X-ray background to z=1. Thirdly, their stacked X-ray spectrum in the range 1-8keV is consistent with a power-law distribution with Gamma~1.4 (without fitting intrinsic absorption), i.e. similar to the diffuse X-ray background. We find that the optically red X-ray population comprises a mixed bag of objects, both obscured (N_H&gt;1e22 cm^{-2}) and unobscured (N_H&lt;1e22 cm^{-2}), with a wide range of X-ray luminosities up L_X~1e44cgs. We argue that dilution of the AGN light by the host galaxy may play a role in shaping the continuum optical emission of this population. Finally, we explore a possible association of these sources and the moderate-z red (J-Ks&gt;2mag) AGNs identified in the Two Micron All Sky Survey (2MASS). The median N_H of the red X-ray sources studied here is ~1e21cm^{-2}, lower than that found for the 2MASS AGNs, suggesting different populations.

연구 동기 및 목표

• 중간 적색이송(z < 1)의 X선 소스 중 광학적으로 적색인 소스(g−r > 0.4)의 성격을 이해하기 위해.
• 광도 함수 진화를 이용하여 이러한 적색 X선 소스가 확산 X선 배경(XRB)에 기여하는 비율을 규명하기 위해.
• 이 인구에서 적색 광학 색상의 주요 원인이 항성 빛의 왜곡인지 또는 먼지로 인한 차폐인지를 조사하기 위해.
• 2MASS로 선별된 적색 AGN과 비교하여, 이 적색 X선 AGN의 X선 특성(특히 N_H 및 스펙트럼 형상)을 분석하기 위해.
• 관측된 X선 스펙트럼 특성(예: 광자 지수)과 차폐가 샘플의 관측된 X선 및 광학적 특성 형성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• SDSS DR2와 겹치는 5 deg² 영역에서 약 28개의 포인팅을 활용한 암시적 및 소유 XMM-Newton 관측 자료를 통합하여 분석하였으며, 노출 시간은 2–67 ks 사이이며 중앙값은 15 ks였다.
• 합쳐진 PN+MOS 이미지에서 파동수 기반 소스 추출(6σ 임계값)을 사용하여 2–8 keV 대역에서 X선 소스 탐지 작업을 수행하였다.
• X선 소스를 SDSS 광학/광도 데이터와 교차 식별하여 g−r > 0.4 조건을 만족하는 소스를 선별하여 적색 X선 AGN 샘플을 구성하였다.
• 적색 X선 인구의 X선 광도 함수를 구축하고, 그 진화를 ∝(1+z)^3로 모델링하여 XRB에 기여하는 정도를 추정하였다.
• 1–8 keV 대역에서 적색 X선 소스의 X선 스펙트럼을 스택하여 평균 스펙트럼 기울기(Γ)를 유도하였으며, 내재된 흡수를 고려하지 않은 상태에서 분석하였다.
• X선 스펙트럼 피팅을 통해 N_H를 추정하고, 2MASS AGN 샘플과 비교하여 차폐 및 색상 특성의 차이를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z < 1 영역에서 광학적으로 적색인 소스(g−r > 0.4)는 전체 X선 인구의 몇 퍼센트를 차지하며, 이는 X선 배경과 어떤 관련이 있는가?
• RQ2 적색 X선 AGN의 X선 스펙트럼 특성(예: 광자 지수 Γ)은 확산 X선 배경과 얼마나 유사한가?
• RQ3 이 AGN의 광학적 적색성은 주로 먼지 흡수 때문인지, 또는 은하 주변의 항성 빛으로 인한 왜곡 때문인가?
• RQ4 적색 X선 AGN의 X선 차폐 특성(N_H)은 2MASS로 선별된 적색 AGN(J−K > 2 mag)과 비교하여 어떻게 다를까?
• RQ5 관측된 적색 X선 AGN의 광도 함수 및 스펙트럼 에너지 분포는 노령 항성 집단으로 인한 AGN 왜곡으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 광학적으로 적색인 X선 소스(g−r > 0.4)는 f(2–8 keV) ≈ 2×10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻² 이하의 한계까지 z < 1 X선 인구의 약 2/3를 차지한다.
• 이 적색 X선 AGN의 광도 함수는 ∝(1+z)^3로 진화함을 고려할 때, z = 1까지 확산 X선 배경에 약 17% 기여함을 시사한다.
• 1–8 keV 대역에서 적색 X선 샘플의 스택된 X선 스펙트럼은 광자 지수 Γ ≈ 1.4인 거듭제곱 법칙 모델과 일치하며, 이는 확산 X선 배경의 스펙트럼 형상과도 일치한다.
• 적색 X선 AGN 인구는 N_H > 10²² cm⁻²인 막힌 소스와 N_H < 10²² cm⁻²인 막히지 않은 소스를 모두 포함하며, X선 광도는 L_X ≈ 10⁴⁴ erg s⁻¹까지 연장된다.
• 특히 오래된 항성 집단으로 인한 은하 주변의 항성 빛 왜곡은 r-대역 광학 연속체의 최대 60%까지 설명할 수 있으며, r-대역에서 최대 80%의 기여로 적색 색상을 생성하는 데 충분하다.
• 적색 X선 샘플의 중앙값 N_H는 약 10²¹ cm⁻²이며, 2MASS로 선별된 적색 AGN(J−K > 2 mag)의 약 10²² cm⁻²보다 유의미하게 낮아, 서로 다른 인구임을 시사한다.