[논문 리뷰] The XMM Deep survey in the CDFS I. First results on heavily obscured AGN

A. Comastri, P. Ranalli외 26명|arXiv (Cornell University)|2010. 12. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 36인용 수 92

한 줄 요약

이 연구는 찬드라 딥 필드 서스의 초초심층 XMM-뉴턴 설문에서 두 개의 고적도 은하핵 활동성은 은하(은하핵 활동성은 은하, z = 1.53 및 z = 3.70)의 최초로 고품질 X선 스펙트럼을 제시하며, 양자리 모두에서 명백한 콤프턴 두른 흡수(NH ≈ 10²⁴ cm⁻²)를 드러낸다. 디스크의 경계에서 반사된 복사가 지배하는 스펙트럼은 z = 1.53 소스에서 가장 잘 설명되며, z = 3.70 소스에서는 차가운 기체에 의한 본질적 은폐가 지배한다. 이는 다중파장 선택 기준으로 놓치는 무거운 은폐된 은하핵 활동성은 은하의 식별을 위해 깊은 X선 관측이 필수적임을 보여준다.

ABSTRACT

We present the first results of the spectroscopy of distant, obscured AGN as obtained with the ultra-deep (~3.3 Ms) XMM-Newton survey in the Chandra Deep Field South (CDFS). One of the primary goals of the project is to characterize the X-ray spectral properties of obscured and heavily obscured Compton-thick AGN over the range of redhifts and luminosities that are relevant in terms of their contribution to the X-ray background. The ultra-deep exposure, coupled with the XMM detector's spectral throughput, allowed us to accumulate good quality X-ray spectra for a large number of X-ray sources and, in particular, for heavily obscured AGN at cosmological redshifts. Specifically we present the X-ray spectral properties of two high-redshift - z= 1.53 and z=3.70 - sources. The XMM spectra of both are very hard, with a strong iron Kalpha line at a rest-frame energy of 6.4 keV. A reflection-dominated continuum provides the best description of the X-ray spectrum of the z=1.53 source, while the intrinsic continuum of the z=3.70 AGN is obscured by a large column N_H ~ 10^24 cm-2 of cold gas. Compton-thick absorption, or close to it, is unambiguously detected in both sources. Interestingly, these sources would not be selected as candidate Compton thick AGN by some multiwavelength selection criteria based on the mid-infrared to optical and X-ray to optical flux ratios.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 적도에서 은폐된 무거운 은하핵 활동성은 은하 및 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하의 X선 스펙트럼 특성을 규명하는 것.
• 초초심층 XMM-뉴턴 관측에서 얻은 고품질 X선 스펙트럼을 이용해 고적도 은하핵 활동성은 은하의 진정한 은폐 수준을 결정하는 것.
• 다중파장 선택 기준이 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하를 식별하는 데 있어 직접적인 X선 스펙트럼 분석과의 신뢰성을 시험하는 것.
• 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하가 딱딱한 X선 배경 및 초거대 블랙홀 질량 밀도에 기여하는 정도를 평가하는 것.
• 스펙트럼 모델링을 바탕으로 반사 지배형과 투과 지배형 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하를 구분하는 것.

제안 방법

• 찬드라 딥 필드 서스(CDF-S)에서 초초심층 XMM-뉴턴 관측(약 3.3 Ms)을 활용해 고신호대비잡음 X선 스펙트럼을 확보한다.
• pn 및 MOS 기구의 X선 스펙트럼을 스펙트럼 피팅을 통해 연속체 및 발광선을 모델링한다.
• 반사 기반 모델(예: XILLVER)을 사용해 콤프턴 두른 반사의 존재를 평가한다.
• 차가운 기체에 의한 본질적 흡수(NH ≈ 10²⁴ cm⁻²) 모델과 관측된 X선 스펙트럼을 비교해 광학적 두께(τ)를 결정한다.
• 중간 적외선 대비 가시광선 및 X선 대비 가시광선 광도 비율 기반 다중파장 선택 기준과 결과의 일관성을 평가한다.
• 측정된 열두께 및 스펙트럼 형상을 이용해 소스를 반사 지배형 또는 경미한 콤프턴 두른 것으로 분류한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 찬드라 데이터 기반 후보 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하로 식별된 고적도 은하핵 활동성은 은하에서의 진정한 은폐 성격은 무엇인가요?
• RQ2 깊은 XMM-뉴턴 X선 스펙트럼 분석은 z > 1에서 콤프턴 두른 흡수를 명백하게 식별할 수 있는가요?
• RQ3 광도 비율 기반 다중파장 선택 기준과 직접적인 X선 스펙트럼 분석 간에 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하 식별에 대해 어떻게 비교되는가요?
• RQ4 고적도 우주에서 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하의 반사 지배형 대비 투과 지배형 비율은 얼마인가요?
• RQ5 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하가 딱딱한 X선 배경 및 초거대 블랙홀 질량 밀도에 기여하는 정도는 얼마인가요?

주요 결과

• z = 1.53 은하핵 활동성은 은하의 XMM-뉴턴 스펙트럼은 반사 지배 연속체로 가장 잘 기술되며, τ ≈ 0.7인 콤프턴 두른 흡수를 나타낸다.
• z = 3.70 은하핵 활동성은 은하의 매우 딱딱한 X선 스펙트럼을 보이며, NH ≈ 10²⁴ cm⁻²의 차가운 기체에 의한 본질적 은폐로 인해 콤프턴 두른 흡수와 일치한다.
• 양자리 모두에서 정지 기준 에너지 ≈6.4 keV에서 강력하고 좁은 철 Kα 선을 보이며, 은폐된 은하핵 활동성은 은하에서의 반사 또는 형광의 주요 징후이다.
• 이 두 소스는 중간 적외선 대비 가시광선 및 X선 대비 가시광선 광도 비율 기반 표준 다중파장 기준으로는 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하로 선택되지 않을 것이다.
• 결과는 다중파장 선택 기준만으로는 편향되고 불완전하므로, 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하를 정확하게 식별하기 위해 깊은 X선 스펙트럼 분석이 필수적임을 보여준다.
• 이 설문은 CDF-S에서 30~40개의 콤프턴 두른 은하핵 활동성은 은하를 탐지할 것으로 기대되며, 그 중 약 30~40%는 정확한 열두께 측정에 충분한 카운트를 확보할 것이다.