[논문 리뷰] The XMM deep survey in the CDF-S II. a 9-20 keV selection of heavily obscured active galaxies at z>1.7

K. Iwasawa, R. Gilli외 11명|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 74인용 수 30

한 줄 요약

이 연구는 XMM-CDFS 깊은 조사에서 9–20 keV X선 초과 선택을 통해 적색편이 z > 1.7에서 무거운 은하핵 활동성은(AGN)을 식별한다. 잔여계면 경직된 경직된 X선 방출과 X선 스펙트럼 진단을 활용하여, 샘플의 약 75%가 매우 높은 흡수(\(N_{\text{H}} > 10^{22}\ \text{cm}^{-2}\))를 보이며, Compton 두꺼운 흡수의 상당한 비율을 보이고 있어, 국소 우주에 비해 고적색편이 및 고광도에서 증가하는 은폐된 AGN 비율을 시사한다.

ABSTRACT

We present results on a search of heavily obscured active galaxies z>1.7 using the rest-frame 9-20 keV excess for X-ray sources detected in the deep XMM-CDFS survey. Out of 176 sources selected with the conservative detection criteria (>8 sigma) in the first source catalogue of Ranalli et al., 46 objects lie in the redshift range of interest with the median redshift z~2.5. Their typical rest-frame 10-20 keV luminosity is 1e+44 erg/s, as observed. Among optically faint objects that lack spectroscopic redshift, four were found to be strongly absorbed X-ray sources, and the enhanced Fe K emission or absorption features in their X-ray spectra were used to obtain X-ray spectroscopic redshifts. Using the X-ray colour-colour diagram based on the rest-frame 3-5 keV, 5-9 keV, and 9-20 keV bands, seven objects were selected for their 9-20 keV excess and were found to be strongly absorbed X-ray sources with column density of nH > 0.6e+24 cm-2, including two possible Compton thick sources. While they are emitting at quasar luminosity, ~3/4 of the sample objects are found to be absorbed by nH > 1e+22 cm-2. A comparison with local AGN at the matched luminosity suggests an increasing trend of the absorbed source fraction for high-luminosity AGN towards high redshifts.

연구 동기 및 목표

• 고적색편이(z > 1.7)에서 딱딱한 X선 선택을 통해 무거운 은폐된 AGN를 탐지하고 특성화하는 것.
• 광학 조사의 한계를 극복하기 위해 잔여계면 9–20 keV 방출을 통해 은폐된 X선 AGN를 대상으로 하는 것.
• 특히 고광도 퀘이사에 대해 적색편이 및 광도에 따른 은폐된 AGN 비율의 진화를 측정하는 것.
• 철 K 특징과 색-색도 다이어그램을 포함한 X선 스펙트럼 진단을 사용하여, 광학적으로 탐지되지 않은 희미한 소스의 적색편이 및 흡수 특성을 유도하는 것.
• 융합 기반 AGN 진화 모델이 예측한 바와 같이, 고적색편이에서 은폐된 AGN 비율이 증가하는가를 시험하는 것, 특히 고광도 QSO에 대해

제안 방법

• XMM-CDFS 제1권 목록에서 2–10 keV 대역에서 8σ 이상의 유의성을 가진 176개의 X선 소스를 선별.
• 잔여계면 20 keV가 관측된 7.4 keV에 해당하는 z > 1.7 소스에 집중하여 딱딱한 X선 초과를 탐지할 수 있도록 함.
• 잔여계면 3–5 keV, 5–9 keV 및 9–20 keV 대역을 사용하여 색-색도 다이어그램을 구성하고, 9–20 keV 초과 소스를 식별.
• 광학적으로 희미한 소스의 스펙트럼학적 적색편이를 유도하기 위해 X선 스펙트럼 피팅을 적용하여 철 Kα 방출 및 흡수 특징을 탐지.
• 스펙트럼 모델링을 통해 잔여계면 10–20 keV 광도 및 흡수 열두께(\(N_{\text{H}}\))를 계산하였으며, Compton 두꺼운 후보(\(N_{\text{H}} \geq 0.6 \times 10^{24}\ \text{cm}^{-2}\))를 포함.
• 관측된 은폐된 AGN 비율을 국소 AGN 모델과 비교하여 적색편이 진화를 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깊은 X선 조사에서 z > 1.7에서의 무거운 은폐된 AGN 비율은 얼마이며, 국소 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 잔여계면 9–20 keV 초과 및 철 K 특징을 사용하여, 광학 조사에서 탐지되지 않은 고은폐 AGN를 식별하고 적색편이를 유도할 수 있는가?
• RQ3 고광도 QSO에 대해 적색편이가 증가함에 따라 은폐된 AGN 비율이 증가하는가? 만약 그렇다면, 이러한 진화를 이끄는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 유사 광도에서 국소 우주와 비교할 때 고적색편이 AGN의 흡수 특성(\(N_{\text{H}}\), Compton 두꺼운 후보)은 어떻게 다른가?
• RQ5 K보정 및 스펙트럼 형태가 고적색편이에서 은폐된 AGN의 탐지 가능성을 얼마나 유지하는가?

주요 결과

• z > 1.7에서 46개의 소스 중 35개(76%)가 \(N_{\text{H}} > 10^{22}\ \text{cm}^{-2}\)로 매우 높은 흡수를 보이며, 고적색편이 AGN에서 은폐의 강한 편재성을 시사한다.
• 색-색도 다이어그램에서 9–20 keV 초과로 선별된 7개의 소스는 모두 \(N_{\text{H}} \geq 0.6 \times 10^{24}\ \text{cm}^{-2}\)를 보이며, 그 중 두 개는 확실히 Compton 두꺼운 것으로 추정된다(\(N_{\text{H}} \geq 10^{24}\ \text{cm}^{-2}\)).
• 샘플의 중앙 잔여계면 10–20 keV 광도는 \(0.9 \times 10^{44}\ \text{erg}\ \text{s}^{-1}\)이며, 퀘이사 수준의 활동과 일치한다.
• 철 Kα 방출 및 흡수 특징을 사용하여 광학적으로 희미하고 신원이 확인되지 않은 4개의 소스에서 X선 스펙트럼학적 적색편이를 성공적으로 유도하였다.
• 고광도(\(L_{10-20} > 10^{44}\ \text{erg}\ \text{s}^{-1}\))에서 관측된 은폐된 AGN 비율은 고적색편이로 갈수록 증가하며, 비진화 모델과 모순되며 융합 기반 진화를 지지한다.
• 국소 AGN 모델에서의 광도 의존성(예: Gilli 등 2007)은 관측된 것보다 얕으며, 이는 국소 우주에서 은폐된 QSO의 수를 약 2.5배 과대평가하게 되며, 이는 모델에서 누락된 진화를 상쇄할 수 있다.