[논문 리뷰] Sub-mm and X-ray background: two unrelated phenomena?

P. Severgnini, R. Maiolino외 10명|arXiv (Cornell University)|2000. 06. 16.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 마이크로미터(μm) 및 딱딱한 X선(2–10 keV) 배경이 동일한 천체물리적 인구에서 기인하는지 조사한다. 34개의 소스에 대해 깊은 천체망원경 X선 및 SCUBA 마이크로미터 데이터를 교차상관분석한 결과, 유의미한 겹침이 없음을 확인했다: X선으로 밝은 천체는 마이크로미터로 희미하고, 마이크로미터로 밝은 천체는 X선으로 희미하다. 주요 결과는 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻² 이상의 2–10 keV 소스가 X선 배경의 >75%를 담당하지만, 마이크로미터 배경에 기여하는 비율이 7% 미만임을 보여주며, 이는 두 배경이 서로 관련이 없는 현상일 가능성이 높음을 시사한다.

ABSTRACT

Obscured AGNs are thought to contribute a large fraction of the hard X-ray background (2-10 keV), and have also been proposed as the powerhouse of a fraction of the SCUBA sources which make most of the background at 850um, thus providing a link between the two spectral windows. We have tackled this issue by comparing data at 2-10 keV and at 850um for a sample of 34 sources at fluxes (or limiting fluxes) which resolve most of the background in the two bands. We present here new SCUBA observations, and new correlations between separate data sets retrieved from the literature. Similar correlations presented by others are added for completeness. None of the 11 hard X-ray (2-10 keV) sources has a counterpart at 850um, with the exception of a Chandra source in the SSA13 field, which is a candidate type 2, heavily absorbed QSO at high redshift. The ratios F(850um)/F(5keV) (mostly upper limits) of the X-ray sources are significantly lower than the value observed for the cosmic background. In particular, we obtain that 2-10 keV sources brighter than 10^-15 erg s^-1 cm^-2, which make at least 75% of the background in this band, contribute for less than 7% to the submillimeter background. Out of the 24 SCUBA sources, 23 are undetected by Chandra. The ratios F(850um)/F(5keV) (mostly lower limits) of these SCUBA sources indicate that most of them must be powered either by starburst activity, or by an AGN which is obscured by a column Nh > 10^25 cm^-2, with a reflection efficiency in the hard X rays significantly lower than 1% in most cases. However, AGNs of this type could not contribute significantly to the 2-10 keV background.

연구 동기 및 목표

• 딱딱한 X선(2–10 keV) 및 마이크로미터(850 µm) 배경이 은폐된 AGN의 동일한 인구에서 기인하는지 확인하는 것.
• 매우 투명한 AGN이 X선 방출을 재처리하여 마이크로미터 파장으로 방출함으로써 X선 및 마이크로미터 배경을 모두 주도한다는 가설을 검증하는 것.
• 깊은 다중파장 데이터를 사용하여 2–10 keV X선 소스가 850 µm 마이크로미터 배경에 기여하는 정도를 정량화하는 것.
• X선 비검출 결과를 바탕으로 SCUBA로 탐지된 마이크로미터로 밝은 천체가 AGN인지 성폭발인지 평가하는 것.

제안 방법

• BeppoSAX HELLAS 소스의 일부에 대해 JCMT에서 새로운 SCUBA 관측을 수행하였다.
• SSA13, HDF-N 및 렌즈 클러스터 영역에서 기존의 깊은 천체망원경 X선 및 SCUBA 관측 데이터와 신규 데이터를 통합하였다.
• 34개의 소스에 대해 2–10 keV X선 및 850 µm 마이크로미터 데이터 간의 교차상관분석을 수행하였으며, 이는 양측 배경의 70% 이상를 해상도로 해결하는 수준의 계류 수준을 확보하였다.
• 발광 메커니즘을 제약하기 위해 F₈₅₀µm / F₅keV 비율을 진단 도구로 사용하였다: X선 소스의 상한선과 마이크로미터 소스의 하한선을 적용하였다.
• 관측된 발광 비율을 이론적 템플릿(예: Arp 220 성폭발, NGC 1068 반사 주도 AGN)과 비교하여 주요 에너지원을 추론하였다.
• 발광 한계와 배경 정규화를 사용하여 X선 소스가 마이크로미터 배경에 기여할 수 있는 최대 기여도를 보수적인 가정 하에 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 딱딱한 X선(2–10 keV) 및 마이크로미터(850 µm) 배경은 동일한 은폐된 AGN 인구에서 기인하는가?
• RQ2 850 µm에서 검출 가능한 소스가 2–10 keV X선 배경의 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 SCUBA 조사에서 마이크로미터로 밝은 천체는 X선 비검출 결과를 바탕으로 AGN인지 성폭발인지 기인하는가?
• RQ4 낮은 X선 반사 효율을 지닌 컴프턴 두른 AGN이 마이크로미터 방출을 설명할 수 있지만 X선 배경에 크게 기여하지는 않는가?
• RQ5 우주 배경의 대부분을 해상도로 해결하는 계류 수준에서 개별 천체 간에 X선과 마이크로미터 방출 간에 유의미한 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 2–10 keV에서 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻² 이상의 밝은 11개의 X선 소스 중, 1개의 Chandra 소스를 제외하고는 모두 850 µm에서 검출 가능한 반영을 보이지 않았다. 이 유일한 소스는 고적색 이동도를 지닌 유형 2, 매우 은폐된 QSO이다.
• 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻² 이상의 2–10 keV 소스는 X선 배경의 최소 75%를 담당하지만, 보수적인 가정 하에 마이크로미터 배경에 기여하는 비율이 7% 미만임을 확인하였다.
• SCUBA 소스 24개 중 23개는 약 1–2×10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻² 수준의 X선 감도 한계 이하에서 2–10 keV 대역에서 검출되지 않았으며, 이는 약한 또는 존재하지 않는 딱딱한 X선 방출을 시사한다.
• SCUBA 소스의 F₈₅₀µm / F₅keV 비율(주로 하한선)은 성폭발 또는 N_H > 10²⁵ cm⁻²의 은폐된 AGN이 주로 기여하며 반사 효율이 1% 미만임을 시사한다.
• 마이크로미터 소스를 주도하는 것으로 추론되는 AGN의 군집(컴프턴 두른, 낮은 반사)은 X선 배경에 크게 기여하지 않을 것으로 예상되며, 이는 두 배경이 서로 관련이 없음을 확인한다.
• 주로 Chandra에서 확보된 X선 데이터는 고에너지에서 효과적 면적이 감소함에 따라 더 부드러운 X선 방출에 편향될 수 있으며, 이는 향후 XMM 관측이 더 희미하고 딱딱한 소스를 드러낼 수 있음을 시사한다.