[논문 리뷰] The ROSAT Deep Survey I. X-ray sources in the Lockman Field

G. Hasinger, R. Burg외 4명|arXiv (Cornell University)|1997. 09. 15.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 ROSAT Deep Survey의 Lockman Field에서 X선 원천 목록을 처음으로 완전히 제시하며, PSPC 및 HRI 데이터를 사용해 5.5 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹ 이상의 복사선 밀도를 가진 50개의 원천을 탐지한다. 이는 0.5–2 keV 범위의 X선 배경의 70–80%를 해소하는 log(N)–log(S) 함수를 유도하며, 깊은 탐색에서 혼잡도가 한계를 이르는 것을 입증하고, 새로운 미세한 X선 원천 집단이 존재한다는 주장에 도전한다.

ABSTRACT

The ROSAT Deep Survey in the Lockman Hole is the most sensitive X-ray survey performed to date, encompassing an exposure time of 207 ksec with the PSPC and a total of 1.32 Msec with the HRI aboard ROSAT. Here we present the complete catalogue of 50 X-ray sources with PSPC fluxes (0.5--2 keV) above $ 5.5 imes 10^{-15} erg cm^{-2} s^{-1}$. The optical identifications are discussed in an accompanying paper (Schmidt et al., 1997). We also derive a new log(N)--log(S) function reaching a source density of $970 \pm 150 deg^{-2}$ at a limiting flux of $10^{-15} erg cm^{-2} s^{-1}$. At this level 70-80% of the 0.5--2 keV X-ray background is resolved into discrete sources. Utilizing extensive simulations of artificial PSPC and HRI fields we discuss in detail the effects of source confusion and incompleteness both on source counts and on optical identifications. Based on these simulations we set conservative limits on flux and on off-axis angles, which guarantee a high reliability of the catalogue. We also present simulations of shallower fields and show that surveys, which are based on PSPC exposures longer than 50 ksec, become severely confusion limited typically a factor of 2 above their $4σ$ detection threshold. This has consequences for recent claims of a possible new source population emerging at the faintest X-ray fluxes. Keywords: surveys -- cosmology: diffuse radiations -- X-rays: galaxies

연구 동기 및 목표

• ROSAT의 PSPC 및 HRI 데이터를 사용하여 Lockman Field 내 X선 원천의 완전하고 신뢰할 수 있는 목록을 작성하기.
• 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹의 복사선 한계까지의 X선 원천에 대한 log(N)–log(S) 함수를 결정하기.
• 깊은 X선 탐색에서 원천 혼잡도와 완전성 부족이 원천 수와 천문학적 식별에 미치는 영향을 평가하기.
• 원천 탐지 및 식별의 높은 신뢰도를 보장하기 위해 보수적인 복사선 및 이심각 한계를 설정하기.
• 깊은 탐색 기반의 새로운 미세한 X선 원천 집단에 대한 주장의 신뢰도를 평가하기.

제안 방법

• PSPC와 HRI를 사용한 깊은 X선 탐색을 수행하며, 총 노출 시간은 각각 207 ksec와 1.32 Msec이다.
• 0.5–2 keV 대역에서 5.5 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹ 이상의 복사선 밀도를 가진 원천을 탐지하기 위해 4σ 탐지 임계값을 적용한다.
• 인위적 PSPC 및 HRI 영역의 광범위한 시뮬레이션을 수행하여 원천 혼잡도 및 완전성 부족 효과를 모델링한다.
• 시뮬레이션을 통해 가짜 탐지 및 잘못된 식별을 최소화하는 보수적인 복사선 및 이심각 임계값을 유도한다.
• 얕은 영역을 시뮬레이션하여 혼잡도가 일반적으로 4σ 탐지 임계값의 약 2배 이상에서 주요 제한 요소로 작용하는 복사선 수준을 결정한다.
• 탐지된 원천 수에서 log(N)–log(S) 함수를 유도하고, 관측된 X선 배경과 비교하여 원천 해소 정도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ROSAT PSPC 및 HRI로 탐지된 Lockman Field 내 X선 원천의 완전한 목록은 무엇이며, 그 복사선과 위치는 무엇인가?
• RQ2 탐지된 원천 집단이 0.5–2 keV X선 배경의 어느 정도를 해소하는가?
• RQ3 깊은 X선 탐색에서 원천 혼잡도와 완전성 부족은 원천 수와 천문학적 식별에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 깊은 X선 탐색에서 혼잡도 효과가 주요 제한 요소로 작용하는 복사선 수준는 무엇이며, 이는 새로운 원천 집단에 대한 주장에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 원천 탐지 및 식별의 높은 신뢰도를 보장하기 위한 보수적인 복사선 및 이심각 한계는 무엇인가?

주요 결과

• PSPC 복사선이 5.5 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹ 이상인 50개의 X선 원천이 탐지되어 완전하고 신뢰할 수 있는 목록을 형성한다.
• 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹의 복사선 한계에서 log(N)–log(S) 함수의 원천 밀도는 970 ± 150 deg⁻²에 도달한다.
• 이 복사선 수준에서 0.5–2 keV X선 배경의 70–80%가 이산 원천으로 해소된다.
• 시뮬레이션 결과, PSPC 노출 시간이 50 ksec를 초과하는 탐색은 약 2배 정도의 복사선 수준에서 혼잡도에 의해 제한됨을 보여준다.
• 이 연구는 원천 탐지 및 천문학적 식별의 높은 신뢰도를 확보하기 위해 보수적인 복사선 및 이심각 한계를 설정한다.
• 결과적으로 최근의 새로운 미세한 X선 원천 집단에 대한 주장은 도전받으며, 가장 미세한 복사선에서 관찰된 초과 현상은 혼잡도 효과에 기인할 가능성이 높다.