[논문 리뷰] The ASCA Medium Sensitivity Survey (the GIS Catalog Project): Source Counts and Evidence for Emerging Population of Hard Sources

Yoshihiro Ueda, Tadayuki Takahashi외 3명|ArXiv.org|1999. 08. 12.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 15인용 수 45

한 줄 요약

이 논문은 106 deg²에 걸친 369개의 ASCA GIS 관측을 통해 우연의 X선 소스 탐지 결과를 바탕으로, 0.7–7 keV 및 2–10 keV 대역에서 현재까지 가장 정확한 Log N–Log S 관계를 처음으로 제시한다. 이는 약 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻² 이하의 희미한 복사계수에서 딱딱한 X선 소스의 급격한 증가를 드러내며, 스펙트럼이 Γ ≈ 2.1에서 Γ ≈ 1.6로 경화되는 경향을 보이며, 이는 이전에 소프트 및 하드 대역의 소스 수에 대한 모순을 해결하고, 흡수된 AGN이 천체 X선 배경에 기여하는 비중이 점점 커지고 있음을 확인한다.

ABSTRACT

We present first results from the ASCA Medium Sensitivity Survey (AMSS; or the GIS catalog project). From the serendipitous fields amounting to 106 degE-2, we determined the Log N - Log S relations in the 0.7-7 keV and 2-10 keV bands with the best statistical accuracy obtained so far, over the flux range from 1 x 10E-11 to 5 x 10E-14 and 7 x 10E-14 erg sE-1 cmE-2, respectively. When the sources detected in the 0.7-7 keV band are divided into two subsamples with higher and lower spectral hardness, the former exhibits a significantly steeper slope than the latter at fluxes below ~10E-12 erg sE-1 cmE-2 (0.7-7 keV). The average spectrum of sources becomes continuously harder toward fainter fluxes, from a photon index of 2.1 in the 0.7-10 keV range at the flux of ~10E-11 to 1.6 at ~10E-13 erg sE-1 cmE-2 (0.7-7 keV). This is consistent with the comparison of source counts between the 2-10 keV and the 0.7-2 keV band, and solves the puzzle of their discrepancy reported previously. Our results demonstrate rapid emergence of hard X-ray sources with a decreasing flux from \~10E-12 to ~10E-13 erg sE-1 cmE-2 (2-10 keV).

연구 동기 및 목표

• 넓은 복사계수 범위에서 0.7–7 keV 및 2–10 keV 대역에서 Log N–Log S 관계를 이전에 없었던 통계적 정확도로 결정한다.
• 이전에 소프트(0.3–3.5 keV) 및 하드(2–10 keV) X선 대역의 소스 수에 대한 오랫동안 지속된 모순을 해결한다. 이는 이전에 변동성 데이터에서 관측되지 않는 과잉된 하드 소스를 암시했었다.
• 복사계수가 감소함에 따라 X선 소스의 스펙트럼 변화를 연구하며, 특히 약 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻² 이하의 희미한 수준에서 딱딱한 스펙트럼 소스의 등장을 조사한다.
• 특히 투과된 AGN의 기여가 천체 X선 배경(CXB)에 미치는 영향을 이해하기 위한 통계적 기반을 제공한다.

제안 방법

• 은하수 오염를 최소화하기 위해 |b| > 20° 조건을 만족하는 106 deg² 범위의 369개의 ASCA GIS 관측에서 우연의 소스 탐지를 활용하였다.
• 원시 이미지와 에너지 및 위치에 따라 변하는 XRT 및 GIS의 점원형함수(PSF)를 교차상관하여 소스 탐지를 수행한 후, 소스 및 배경 성분을 모델링하기 위해 2차원 최대우도 추정을 실시하였다.
• 선택 기준으로서 |b| > 20°, 센서당 카운트율 < 0.8 c s⁻¹, 노출시간 > 5000 s, 그리고 피팅 수렴을 위한 감소된 χ² < 1.7을 적용하였다.
• 기구 응답 및 스펙트럼 피팅을 통해 0.7–7 keV 및 2–10 keV 대역의 복사계수를 계산하였으며, 기구적 영향과 배경을 보정하였다.
• 스펙트럼 경도비를 0.7–7 keV 대역에서 기반으로 하여 딱딱한 스펙트럼 및 부드러운 스펙트럼 하위집단으로 소스를 분류하여 스펙트럼 변화를 연구하였다.
• 2–10 keV 및 0.7–2 keV 대역의 소스 수를 비교하였으며, 가정된 광자 지수를 기반으로 소프트 복사계수를 등가의 2–10 keV 복사계수로 변환하여 일관성 여부를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 넓은 복사계수 범위에서 소프트(0.7–7 keV) 및 하드(2–10 keV) 대역의 Log N–Log S 관계는 어떻게 비교되며, 이전의 모순은 무엇으로 설명되는가?
• RQ2 복사계수가 감소함에 따라 X선 소스의 스펙트럼 변화는 어떻게 나타나며, 특히 약 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻² 이하의 희미한 수준에서 어떻게 변화하는가?
• RQ3 특히 투과된 AGN을 포함한 딱딱한 X선 소스가 희미한 복사계수에서 천체 X선 배경에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 왜 변동성 분석(Ginga 등)은 소프트 스펙트럼(Γ ≈ 1.8)을 보여주나, 소프트 및 하드 대역 소스 수의 모순에서 유도된 스펙트럼보다 더 부드럽게 나타나는가?

주요 결과

• 0.7–7 keV 대역의 Log N–Log S 관계는 지금까지 가장 높은 통계적 정확도로 측정되었으며, 복사계수 범위는 1×10⁻¹¹에서 5×10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²까지 포함된다.
• 2–10 keV 대역의 Log N–Log S 관계 역시 높은 정확도로 측정되었으며, 동일한 복사계수 범위를 포함하고 있으며, 희미한 복사계수에서 경향적으로 기울기가 커지는 경향을 보인다.
• 0.7–7 keV 대역에서 복사계수 약 10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻² 이하에서는 딱딱한 스펙트럼 하위집단이 부드러운 스펙트럼 하위집단보다 유의미하게 더 기울어진 Log N–Log S 기울기를 보이며, 딱딱한 소스의 급격한 증가를 시사한다.
• X선 소스의 평균 광자 지수는 약 10⁻¹¹ erg s⁻¹ cm⁻² (0.7–10 keV)에서 Γ ≈ 2.1에서 시작하여 약 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻² (0.7–7 keV)에서 Γ ≈ 1.6로 지속적으로 경화되며, 이는 스펙트럼 변화를 확인한다.
• 소프트(EMSS) 및 하드(Ginga) 대역 소스 수의 모순은 해결되었으며, AMSS의 하드 대역 소스 수는 S ∼ 4×10⁻¹³에서 1×10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻² 범위에서 Ginga의 최적 피팅보다 낮다. 또한 소프트 대역 소스 수는 은하수 오염으로 인해 EMSS가 아닌 ROSAT 조사(예: RIXOS)와 일치한다.
• 희미한 복사계수 S ∼ 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²에서 하드 및 소프트 대역 소스 수가 일치하는 것은 광자 지수 1.6를 가정할 경우에만 가능하며, 이는 관측된 스펙트럼의 경화와 일치한다. 이는 새로 나타나는 딱딱한 소스 집단이 CXB 스펙트럼을 결정짓는 데 기여하고 있음을 확인한다.