[논문 리뷰] The cosmological properties of AGN in the XMM-Newton Hard Bright Survey

R. Della Ceca, Caccianiga, A.외 8명|ArXiv.org|2008. 05. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 47인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 XMM-Newton 하드 브라이트 서렌디피터스 서베이를 분석하여 흡수된 및 흡수되지 않은 AGN의 천체론적 성질을 조사한다. 연구 결과, 흡수된 AGN의 비율은 X선 복사선 빛기의 증가와 함께 감소하며, 단순 통합 모형보다 방사선 제한적인 먼지 터우스 모형을 지지하며, 광학 서베이와 간접 비교를 통해 콘프톤 두꺼운 AGN의 X선 빛기 함수(XLF)를 유도한다.

ABSTRACT

(ABRIDGED) We investigate here the XLF of absorbed (Nh between 4E21 and E24 cm-2) and unabsorbed (Nh < 4E21 cm-2) AGN, the fraction of absorbed AGN as a function of Lx (and z), the intrinsic Nh distribution of the AGN population, and the XLF of Compton Thick (Nh > E24 cm-2) AGN. To carry out this investigation we have used the XMM-Newton Hard Bright Serendipitous Sample (HBSS) a complete sample of bright X-ray sources (fx > 7E-14 cgs) at high galactic latitude (|b| > 20 deg) selected in the 4.5-7.5 keV energy band. The HBSS sample is now almost completely identified (97% spectroscopic ID) and it can be safely used for a statistical investigation. The HBSS contains 62 AGN out of which 40 are unabsorbed (or marginally absorbed; Nh < 4E21 cm-2) and 22 are absorbed (Nh between 4E21 and E24 cm-2). Absorbed and unabsorbed AGN are characterized by two different XLF with the absorbed AGN population being described by a steeper XLF, if compared with the unabsorbed ones, at all luminosities. The intrinsic fraction F of absorbed AGN with L(2-10 keV) > 3E42 cgs is 0.57+/-0.11; we find that F decreases with the intrinsic luminosity, and probably, increases with the redshift. Our data are consistent with a flat Log Nh distribution for Nh between E20 and E24 cm-2. Finally, by comparing the results obtained here with those obtained using an optically selected sample of AGN we derive, in an indirect way, the XLF of Compton Thick AGN. The density ratio between Compton Thick AGN (Nh > E24 cm-2) and Compton Thin AGN (Nh < E24 cm-2) decreases from 1.08+/-0.44 at Lx E43 cgs to 0.23+/-0.15 at Lx E45 cgs.

연구 동기 및 목표

• 완전하고 하드 X선으로 선택된 샘플에서 흡수된 및 흡수되지 않은 AGN의 X선 빛기 함수(XLF)를 결정하기 위해.
• X선 복사선 빛기 및 적색편이에 따라 흡수된 AGN의 본질적 비율(NH가 4×10²¹에서 10²⁴ cm⁻² 사이)을 측정하기 위해.
• AGN의 본질적 NH 분포를 제약하고, 천체론적 X선 배경(CXB) 생성 모형과의 일치성을 평가하기 위해.
• 광학 AGN 샘플과의 간접 비교를 통해 콘프톤 두꺼운 AGN(NH ≥ 10²⁴ cm⁻²)의 X선 빛기 함수(XLF)를 추론하기 위해.
• 관측된 흡수 비율과 복사선 빛기 사이의 반비례 관계가 단순 통합 AGN 모형의 타당성을 시험하기 위해.

제안 방법

• XMM-Newton 하드 브라이트 서렌디피터스 샘플(HBSS)을 활용하며, 이는 4.5–7.5 keV 대역에서 선택된 완전하고 고은하적 위도의 밝은 X선 천체 샘플(fx ≥ 7×10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹)이다.
• 스펙트로스코픽 적색편이 및 열두께(NH) 측정을 적용하여 62개의 AGN를 흡수되지 않은(NH < 4×10²¹ cm⁻²) 또는 흡수된(4×10²¹ ≤ NH ≤ 10²⁴ cm⁻²)으로 분류한다.
• 광전파손으로 인한 선택 편향을 보정하여 흡수된 AGN의 관측 비율에서 본질적 비율 F를 유도한다.
• Log NH 분포를 모델링하고 10²⁰에서 10²⁴ cm⁻² 사이의 평탄함을 국지적 하드 X선 샘플과 비교하여 평가한다.
• 스ローン 디지털 스카이 서베이(Simpson 2005)의 광학 AGN 비율을 사용하여 빛기 함수 매칭을 통해 콘프톤 두꺼운 AGN의 XLF를 간접적으로 추론한다.
• 은하수 흡수 물질의 커버링 요소의 빛기 진화를 분석하고, 방사선 제한적인 먼지 터우스와 같은 이론 모형과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 흡수된 AGN의 본질적 비율(NH가 4×10²¹에서 10²⁴ cm⁻² 사이)은 X선 복사선 빛기 및 적색편이에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 AGN의 본질적 NH 분포의 형태는 무엇이며, 국지적 하드 X선 샘플과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ3 관측된 흡수 비율과 복사선 빛기 사이의 반비례 관계는 단순 통합 AGN 모형과 일치하는가?
• RQ4 콘프톤 두꺼운 AGN(NH ≥ 10²⁴ cm⁻²)의 X선 빛기 함수(XLF)는 광학 AGN 통계에서 유도된 간접적 결과는 무엇인가?
• RQ5 흡수 비율의 관측된 추세는 흡수 물질의 방사선 제한적 또는 빛기 의존적 커버링 요소를 지지하는가?

주요 결과

• X선 복사선 빛기 LX ≥ 3×10⁴² erg s⁻¹일 때, 흡수된 AGN의 본질적 비율 F는 0.57 ± 0.11이며, 복사선 빛기 증가와 함께 감소한다.
• 비율 F는 적색편이 증가와 함께 증가할 가능성이 있으며, 이는 우주 시간에 따라 AGN의 은폐 성질이 진화하고 있음을 시사한다.
• Log NH 분포는 10²⁰에서 10²⁴ cm⁻² 사이에서 평탄하며, 국지적 하드 X선 샘플과 일치한다.
• 콘프톤 두꺼운 AGN의 XLF는 두 개의 파워 루프 함수로 가장 잘 기술되며, γ₁ = 1.55, γ₂ = 2.61, log L⋆ = 44, log A_thick = -6.32이다.
• 콘프톤 두꺼운 AGN와 콘프톤 얇은 AGN의 밀도 비율 Q는 약 10⁴³ erg s⁻¹에서 1.08 ± 0.44에서 10⁴⁵ erg s⁻¹에서 0.23 ± 0.15로 감소한다.
• 관측된 흡수 비율과 복사선 빛기 사이의 반비례 관계는 단순 통합 AGN 모형과 일치하지 않지만, 방사선 제한적인 먼지 터우스 모형 및 먼지 가스 디스크와 같은 다른 모형과 일치한다.