[논문 리뷰] The Parkes quarter-Jansky flat-spectrum sample 3. Space density and evolution of QSOs

J. V. Wall, Carole Jackson외 3명|ArXiv.org|2004. 08. 06.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 76

한 줄 요약

이 논문은 팔크스의 1/4-잔스키 평탄스펙트럼 QSO 샘플을 분석하여 공간 밀도와 진화를 연구하며, $V_{\rm max}$ 테스트를 이용한 모델에 의존하지 않는 방법으로 $z>3$에서의 QSO 공간 밀도 감소가 $>4\sigma$의 유의수준에서 유의미하다고 확인한다. 결과는 고적색편이 한계가 진실된 것이며 먼지 차폐로 인한 것이 아니며, 라디오 라운드 QSO의 진화 패턴은 X선 및 적외선으로 선택된 QSO들과 유사하다.

ABSTRACT

We analyze the Parkes quarter-Jansky flat-spectrum sample of QSOs in terms of space density, including the redshift distribution, the radio luminosity function, and the evidence for a redshift cutoff. With regard to the luminosity function, we note the strong evolution in space density from the present day to epochs corresponding to redshifts ~ 1. We draw attention to a selection effect due to spread in spectral shape that may have misled other investigators to consider the apparent similarities in shape of luminosity functions in different redshift shells as evidence for luminosity evolution. To examine the evolution at redshifts beyond 3, we develop a model-independent method based on the V_max test using each object to predict expectation densities beyond z=3. With this we show that a diminution in space density at z > 3 is present at a significance level >4 sigma. We identify a severe bias in such determinations from using flux-density measurements at epochs significantly later than that of the finding survey. The form of the diminution is estimated, and is shown to be very similar to that found for QSOs selected in X-ray and optical wavebands. The diminution is also compared with the current estimates of star-formation evolution, with less conclusive results. In summary we suggest that the reionization epoch is little influenced by powerful flat-spectrum QSOs, and that dust obscuration does not play a major role in our view of the QSO population selected at radio, optical or X-ray wavelengths.

연구 동기 및 목표

• 팔크스의 1/4-잔스키 샘플 내 평탄스펙트럼 QSO의 공간 밀도와 적색편이 진화를 규명하는 것.
• 관측된 고적색편이 한계가 진실된 것인지 또는 먼지 차폐로 인한 편향인지 테스트하는 것.
• 모델에 의존하지 않는 방법을 개발하여 $z=3$를 초과하는 진화를 $V_{\rm max}$ 테스트를 통해 평가하는 것.
• 라디오 라운드 QSO의 진화를 X선 및 적외선으로 선택된 QSO들과 비교하고 별형성률과의 관계를 분석하는 것.
• 고적색편이 QSO가 재이온화 시대 ($6<z<17$)에 수행하는 역할을 평가하는 것.

제안 방법

• 모든 QSO에 대해 $V_{\rm max}$ 테스트를 적용하여 균일한 공간 밀도 조건 하에서 높은 적색편이에서 기대되는 소스 수를 예측하는 데 사용함.
• 광도 진화나 밀도 함수에 대한 가정 없이도 안정적인 통계적 접근을 사용하여 모델에 의존하지 않는 방법을 적용함.
• 가장 높은 빛의 세기만을 고려하는 것이 아니라 샘플 내 모든 QSO를 포함시켜 통계적 검정력을 높이고 편향을 줄임.
• 오차 추정을 위해 부트스트랩 분석(1000회 반복)을 실시함.
• 찰다니, 엑스엠모노, 로사트 등의 X선 설문조사와 스탠드드 레인지 설문조사(스디에스)의 결과와 유사성 비교함.
• 비동시적인 복사 밀도 측정의 영향을 평가하여 주요 편향 원인으로 규명함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $z>3$에서의 QSO 공간 밀도 감소는 통계적으로 유의미하고 진실된 것인가, 아니면 선택 효과로 인한 편향인가?
• RQ2 라디오 라운드 QSO 집단에서의 고적색편이 한계는 본질적인 진화의 결과인지 먼지 차폐의 영향인가?
• RQ3 라디오 라운드 QSO의 진화 패턴은 X선 및 적외선으로 선택된 QSO들과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 QSO의 공간 밀도 진화는 별형성률의 진화와 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 고광도와 간섭계 미디엄에 미치는 잠재적 영향를 감안할 때, 라디오 라운드 QSO는 재이온화 시대에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 모델에 의존하지 않는 $V_{\rm max}$ 테스트를 통해 $z>3$에서 QSO 공간 밀도 감소가 $>4\sigma$의 유의수준에서 뚜렷하게 확인됨.
• 라디오 라운드 QSO의 고적색편이 진화 형태는 X선 및 적외선으로 선택된 QSO에서 관측된 것과 유사하게 나타남.
• 감소는 먼지 흡수로 인한 것이 아니며, 라디오로 선택된 샘플은 먼지 흡수에 영향을 받지 않기 때문에 진실된 진화로 간주됨.
• 라디오 라운드 QSO의 공간 밀도는 $z=0$에서 $z=1$로 갈수록 급격히 증가하고, $z=1$에서 $z=2.5$ 사이에 평탄해지며 $z>3$에서 감소함.
• 적색편이 $\sim 1.5$ 이상에서 별형성률과의 진화 패턴이 다름: AGN 공간 밀도는 급격히 감소하는 반면, SFR은 $z>6$까지 상대적으로 평탄하게 유지됨.
• 비동시적인 복사 밀도 측정은 심각한 편향을 유발할 수 있으며, 이는 명백한 적색편이 한계를 억압할 수 있으므로, 분석 시 적절한 시간에 데이터를 확보하는 것이 중요함.