[논문 리뷰] The Chandra Deep Field South/GOODS survey. Optically faint X-ray sources

V. Mainieri, P. Rosati외 12명|ArXiv.org|2005. 02. 25.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 36인용 수 39

한 줄 요약

이 연구는 찰리안 딥 필드 서스/굿즈 설문조사를 통해 다파장 데이터를 사용하여 광학적으로 흐린 X선 소스(R ≥ 25)의 광학적 적색편이 및 스펙트럼 특성을 규명하며, 이들 중 71%가 z_phot ≈ 1.9에서 조기형 은하 SED를 띠는 X선 흡수된 AGN임을 밝혀내고, X선 흡수된 QSO는 오직 23%에 불과하여 XRB 합성 모델이 예측한 38%보다 훨씬 낮음을 확인한다. 이는 고적색편이에서의 은폐된 AGN 기여도에 대한 모순을 시사한다.

ABSTRACT

We provide important new constraints on the nature and redshift distribution of optically faint (R>25) X-ray sources in the Chandra Deep Field South Survey. We show that we can derive accurate photometric redshifts for the spectroscopically unidentified sources thus maximizing the redshift completeness for the whole X-ray sample. Our new redshift distribution for the X-ray source population is in better agreement with that predicted by X-ray background synthesis models; however, we still find an overdensity of low redshift (z<1) sources. The optically faint sources are mainly X-ray absorbed AGN, as determined from direct X-ray spectral analysis and other diagnostics. Many of these optically faint sources have high (>10) X-ray-to-optical flux ratios. We also find that ~71% of them are well fitted with the SED of an early-type galaxy with ~1.9 and the remaining 29% with irregular or starburst galaxies mainly at z_phot>3. We estimate that 23% of the optically faint sources are X-ray absorbed QSOs. The overall population of X-ray absorbed QSOs contributes a ~15% fraction of the [2-10] keV X-ray Background (XRB) whereas current XRB synthesis models predict a ~38% contribution.

연구 동기 및 목표

• 찰리안 딥 필드 서스 내 광학적으로 흐린 X선 소스(R ≥ 25)의 성격 및 적색편이 분포를 제약하기 위해.
• 다양한 파장대 데이터를 활용하여 스펙트럼학적으로 규명되지 않은 소스에 대해 광학적 적색편이를 유도함으로써 적색편이 완전도를 향상시키기 위해.
• X선 흡수된 QSO가 [2–10] keV X선 배경에 기여하는 정도를 평가하고, 합성 모델 예측과 비교하기 위해.
• X선 스펙트럼 분석, 광학/근적외선 광도계측 및 SED 피팅을 통해 이러한 소스의 물리적 성질을 규명하기 위해.
• 관측된 X선 소스 적색편이 분포와 XRB 합성 모델 예측 간의 괴리를 해결하기 위해.

제안 방법

• 광학적으로 흐린 X선 소스에 대한 광학적 적색편이를 확보하기 위해, GOODS/ACS, 허블 초초점장(UDF), VLT/ISAAC 이미징을 포함한 깊은 다파장 데이터를 활용한다.
• 광학적 적색편이 추정에 BPZ 코드를 적용하고, 가용한 스펙트럼학적 적색편이와의 비교를 통해 결과를 검증한다.
• 내재된 흡수(N_H) 및 딱딱함 비율을 유도하기 위해 X선 스펙트럼 분석을 수행하며, 흡수된 AGN를 식별한다.
• 높은 흡수 또는 은폐된 소스를 식별하기 위한 진단 도구로 X선 대 광학 광도비(X/O > 10)를 사용한다.
• 관측된 SED를 표준 템플릿(조기형 은하, 비정형, 항성 형성 은하)에 피팅하여 주변 은하 성질과 적색편이를 추론한다.
• 관측된 X선 흡수된 QSO 비율(L_X > 10^44 erg/s, N_H > 10^22 cm⁻²)을 XRB 합성 모델의 예측과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CDF-S 내 광학적으로 흐린 X선 소스(R ≥ 25)의 진정된 적색편이 분포는 무엇이며, XRB 합성 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 광학적으로 흐린 X선 소스 중 X선 흡수된 QSO는 어느 정도이며, 이는 모델 기대치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 X선 대 광학 광도비 및 광학/근적외선 색상은 은폐된 AGN 및 그 주변 은하 유형을 식별하는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ4 다양한 파장대 데이터로부터 유도된 광학적 적색편이는 흐린 X선 소스의 적색편이 완전도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 왜 개선된 적색편이 제약에도 불구하고 저적색편이(z < 1) X선 소스의 지속적인 과잉 밀도가 존재하는가?

주요 결과

• 광학적으로 흐린 X선 소스 중 76%가 z > 1에 위치해 있으며, 이는 광학적으로 밝은 소스의 49%보다 높아 XRB 모델 예측과의 괴리를 줄인다.
• 광학적으로 흐린 소스의 71%가 평균 광학적 적색편이 z_phot ≈ 1.9에서 조기형 은하 SED에 가장 잘 맞는다.
• 소스의 29%는 평균 적색편이 z_phot ≈ 4.29에서 비정형 또는 항성 형성 은하 SED에 더 잘 맞으며, z > 7인 후보자 포함.
• 광학적으로 흐린 X선 소스 중 23%가 X선 흡수된 QSO(L_X[0.5–10 keV] > 10^44 erg/s, N_H > 10^22 cm⁻²)이며, 이는 XRB 합성 모델이 예측한 38%보다 유의미하게 낮다.
• 광학적으로 흐린 소스 중 73%가 N_H > 10^22 cm⁻²이며, 이는 광학적으로 밝은 샘플의 55%보다 높아 내재된 강한 흡수를 시사한다.
• 고 X/O 비율(>10)을 가지는 소스 중 50%가 X선 흡수된 것으로 확인되었으며, 이들 중 24%는 X선 흡수된 QSO로 확인되어 은폐된 AGN 성격을 확인한다.