[논문 리뷰] The HELLAS2XMM survey. V. Near-Infrared observations of X-ray sources with extreme X/O ratios

M. Mignoli, L. Pozzetti외 13명|ArXiv.org|2004. 01. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 62인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 헬라스2XMM 설문조사를 통해 경미한 X선 대 광학(비율 X/O) 방출 비율을 가진 11개의 딱딱한 X선 소스를 식별하고 특성화하기 위해, VLT/ISAAC를 이용한 깊은 근적외선(Ks-대역) 관측을 수행한다. 유일하게 제외된 소스 외에는 모두 밝고 극도로 빨간 Ks-대역 대응체(Ks < 19, R−K > 5)를 가지며, 이는 극도로 빨간 물체(ERO)로 분류되며, 형태 분석 결과 대부분의 소스는 고체적, 고적색도의 타원형 은하로, 은폐된(형태 II) 활성은하핵(은하핵)을 포함하고 있음을 시사한다. 주요 발견은 약 10퍼센트의 가장 빛나는 활성은하핵(LX > 10⁴⁴ erg s⁻¹)이 광학 및 근적외선 설문조사를 통해 놓치는, 은폐된 고적색도의 타원형 은하 주변에 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 고X/O X선 선택법이 은폐된 활성은하핵의 거대한 초기형 주변 은하를 연구하는 데 매우 효과적인 방법임을 시사한다.

ABSTRACT

We present the results of deep near-infrared observations of 11 hard X-ray selected sources in the Hellas2XMM survey, with faint optical magnitude (R&gt;24) and high X-ray-to-optical flux ratio. All but one of the sources have been detected in the Ks band, with bright counterparts (Ks&lt;19) and red colors (R-K&gt;5), and therefore belong to the ERO population. A detailed analysis of the surface brightness profiles allows us to classify all of the NIR counterparts. There are 2 point-like objects, 7 elliptical galaxies and one source with a disky profile. None of the extended sources shows any evidence for the presence of a central unresolved object tracing the putative X-ray emitting AGN. Using both the R-K colors and the morphological information, we have estimated for all the sources a ``minimum photometric redshift'', ranging between 0.8 and 2.4; the elliptical hosts have zmin=0.9-1.4. We computed the X-ray properties using these redshifts: most of the sources have NH&gt;10^{22}, with unabsorbed X-ray luminosities up to 10^{45}erg s^{-1}. These objects therefore belong to the population of obscured (Type II) quasars and, from a statistical point of view, they turn out to be a non-negligible fraction (~10%) of the most luminous AGN. Selecting the high X/O sources for a follow-up study in the NIR is therefore a powerful technique aimed at studying at high redshift the hosts of Type II AGN. Overall, our results seem to indicate that the hosts are mostly elliptical galaxies at z~1, and that these near-IR bright objects would be among the most massive spheroids at these epochs.

연구 동기 및 목표

• 극도로 높은 X/O 비율(fX/fopt > 10)을 가지는 딱딱한 X선 소스의 주변 은하를 식별하고 특성화하는 것. 이는 고적색도, 은폐된 활성은하핵(AGN)일 가능성이 높다.
• 고해상도 근적외선 영상 데이터를 이용해 이러한 소스의 형태학적 및 광학적 성질을 분석하는 것.
• 최소 광학적 적색편이를 추정하고, 내재된 X선 성질을 분석하여 X선 방출의 본질을 분류하는 것.
• 이 소스들이 천체 X선 배경과 은폐된 퀘이사르 인구에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 고X/O X선 선택법이 광학/근적외선 설문조사를 통해 감지되지 않는, 은폐된 AGN를 가진 거대하고 고적색도의 타원형 은하를 찾는 데 얼마나 효과적인지 평가하는 것.

제안 방법

• 파라날 관측소의 VLT에서 ISAAC 기구를 이용해 깊은 근적외선 영상 관측을 수행하여, 고형상 정밀도를 확보한 고해상도 관측을 수행하였다.
• 근적외선 대응체의 표면 밝기 프로파일을 Sersic, 지수 및 점원형 모델에 맞춰 은하 형태를 분류하였다.
• 기존의 퀘이사 및 은하 템플릿과 비교하여 R−K 색인을 사용해 최소 광학적 적색편이를 추정하였다.
• XMM-Newton 데이터로부터 유도된 적색편이와 X선 방출량을 기반으로 X선 빛의 세기와 내재된 투과도(NH)를 계산하였다.
• 다른 X선 설문조사와의 통계적 비교를 통해 관측된 ERO 인구의 희귀성과 중요성을 평가하였다.
• X선에서 근적외선까지의 다중 파장 데이터를 통합하여 소스를 교차 식별하고 특성화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 극도로 높은 X/O 비율을 가지는 딱딱한 X선 소스의 근적외선 대응체의 형태학적 특성은 무엇인가요?
• RQ2 이 고X/O 소스들의 최소 광학적 적색편이는 무엇이며, 기존의 AGN 및 은하 인구와 비교해 볼 때 어떻게 다릅니까?
• RQ3 이 소스들이 얼마나 은폐되어 있으며, 가장 빛나는 AGN(LX > 10⁴⁴ erg s⁻¹) 중에서 얼마나 많은 비율이 광학 및 근적외선 설문조사에서 은폐로 인해 놓치는가요?
• RQ4 이 고X/O X선 소스의 주변 은하들은 고적색도에서 거대하고 진화된 타원형 은하의 흔적을 보이나요?
• RQ5 고X/O X선 선택법은 일반적으로 광학/근적외선 설문조사에서 감지되지 않는, 은폐된 퀘이사르를 거대한 초기형 주변에 효과적으로 식별할 수 있나요?

주요 결과

• 표본 내 고X/O X선 소스 11개 중 10개가 Ks 대역에서 Ks < 19로 검출되어 근적외선 대응체가 밝음을 시사한다.
• 모든 검출된 소스는 극도로 빨간색(R−K > 5)이며, 10개 중 9개가 더 엄격한 ERO 기준(R−K > 5.3)을 충족하여 고적색도와 먼지로 인한 붉어짐을 나타낸다.
• 형태 분석 결과, 두 개의 점원형 소스와 일곱 개의 타원형(부르지형) 은하가 확인되었으며, 유일하게 한 개의 소스만 지수형 프로파일에 가장 잘 맞아 끝판대형 형태를 보였다.
• 확장된 소스들 중 어느 하나의 소스에서도 중심의 비확장된 핵심 성분도 관측되지 않아, 주변 은하에 은폐되지 않은 AGN가 존재하지 않음을 시사한다.
• 확장된 소스의 최소 광학적 적색편이 범위는 zmin = 0.80에서 1.45이며, 두 점원형 소스는 z ~ 2의 퀘이사와 일치하는 것으로 나타났다.
• 유일하게 제외된 소스 외에는 모두 내재된 투과도(NH > 10²² cm⁻²)를 보이며, 비은폐된 2–10 keV X선 빛의 세기는 ≥ 10⁴⁴ erg s⁻¹로 확인되어 형태 II 퀘이사르로의 분류가 확인되었다.