[논문 리뷰] The XMM-Newton serendipitous survey IV. The AXIS X-ray source counts and angular clustering

F. J. Carrera, J. Ebrero외 15명|ArXiv.org|2007. 03. 16.

Astrophysical Phenomena and Observations인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 4.8 deg²의 XMM-Newton 사전적 설문 데이터를 바탕으로 소프트, 하드, XID, 초하드 4개 에너지 대역에서 X선 소스 수와 천구적 군집을 측정한다. 최대우도 적합과 새로운 강력한 군집 기법을 사용하여, AXIS와 같은 중간 깊이의 설문은 소프트 및 하드 X선 배경(XRB)의 약 85%를 해결하며, 피크 기여는 10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹ 근처의 소스에서 발생함을 발견했고, 소프트 및 XID 대역에서 99–99.9%의 유의성으로 유의미한 천구적 군집을 검출하여 z ≤ 1.5에서 천체물리적 구조의 존재를 시사한다.

ABSTRACT

AXIS (An XMM-Newton International Survey) is a survey of 36 high Galactic latitude XMM-Newton observations covering 4.8 deg2 and containing 1433 serendipitous X-ray sources detected with 5-sigma significance. We have studied the X-ray source counts in four energy bands soft (0.5-2 keV), hard (2-10 keV), XID (0.5-4.5 keV) and ultra-hard (4.5-7.5 keV). We have combined this survey with shallower and deeper surveys. Our source counts results are compatible with most previous samples in the soft, XID, ultra-hard and hard bands. The fractions of the XRB resolved in the surveys used in this work are 87%, 85%, 60% and 25% in the soft, hard, XID and ultra-hard bands, respectively. Extrapolation of our source counts to zero flux are not enough to saturate the XRB intensity. Only galaxies and/or absorbed AGN may be able contribute the remaining unresolved XRB intensity. Our results are compatible, within the errors, with recent revisions of the XRB intensity in the soft and hard bands. The maximum fractional contribution to the XRB comes from fluxes within about a decade of the break in the source counts (~1e-14 cgs), reaching ~50% of the total in the soft and hard bands. Using only AXIS sources, we have studied the angular correlation in those bands using a novel robust technique. Angular clustering (widely distributed over the sky and not confined to a few deep fields) is detected at 99-99.9% significance in the soft and XID bands, with no detection in the hard and ultra-hard band (probably due to the smaller number of sources). We cannot confirm the detection of significantly stronger clustering in the hard-spectrum hard sources. Medium depth surveys such as AXIS are essential to determine the evolution of the X-ray emission in the Universe below 10 keV.

연구 동기 및 목표

• 10 keV 이하의 X선 배경(XRB)을 해결하기 위해 중간 깊이의 XMM-Newton 설문에서 X선 소스 수와 천구적 군집을 정확히 측정하는 것.
• 특히 해소되지 않은 방출이 여전히 중요한 하드 및 초하드 대역에서 이산 소스의 총 XRB 강도에 대한 기여를 평가하는 것.
• X선 소스의 천구적 군집이 천체물리적 대규모 구조를 반영하는지, 특히 중간 밝기 소스에서 확인하는 것.
• 해소되지 않은 XRB 강도에 기여하는 은하와 흡수된 AGN의 역할을 해소된 비율을 초과하여 평가하는 것.

제안 방법

• AXIS 설문은 36개의 고은하경도 XMM-Newton 관측을 포함하며, 총 4.8 deg²의 천구 영역을 커버하고 5-σ 유의성로 1,433개의 사전적 X선 소스를 탐지한다.
• 소스 수는 4개의 에너지 대역(0.5–2 keV, 2–10 keV, 0.5–4.5 keV, 4.5–7.5 keV)에서 최대우도 기법을 사용하여 로그 N–로그 S 분포를 모델링한다.
• 천구적 군집은 천구상 상관함수 W(θ)와 포isson 기반 통계적 검정을 통해 분석하여 신뢰성 있게 유의성을 평가한다.
• 설문은 얕은 및 깊은 X선 설문과 결합되어 소스 수를 영 flux로 외삽하고, 해소되지 않은 XRB 기여도를 추정한다.
• 우주적 변동성과 소스 분리 통계는 대규모 구조 탐지를 위해 사용되며, 유의성은 무작위 부분표본 추출을 통해 검증된다.
• 최근의 XRB 강도 수정 사례와 비교하여 스펙트럼 형태 가정이 해소된 비율 추정에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AXIS와 같은 중간 깊이 X선 설문이 소프트 및 하드 X선 배경의 어느 정도를 해소하는가? 이는 이전 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 AXIS 설문에서 탐지된 X선 소스의 천구적 군집은 천체물리적 대규모 구조를 나타내는가? 이는 깊은 필드에 국한되어 있는가 아니면 하늘 전체에 널리 퍼져 있는가?
• RQ3 X선 소스가 XRB에 기여하는 최대 비율은 얼마이며, 어느 유량 수준에서 피크를 이룬다?
• RQ4 해소되지 않은 XRB 강도는 이산 소스로 설명될 수 있는가, 아니면 더 희미한 은하 또는 흡수된 AGN에서 유래하는 추가 방출이 필요한가?
• RQ5 이전에 보고된 바와 같이, 하드 스펙트럼 하드 X선 소스에서 더 강한 군집이 있는가에 대한 증거가 있는가?

주요 결과

• AXIS 설문은 소프트 XRB의 87%와 하드 XRB의 85%를 해소했으며, XID 대역에서는 60%, 초하드 대역에서는 25%의 낮은 비율을 기록했다.
• 유량을 영으로 외삽한 소스 수의 추정은 XRB 강도를 포화시키지 못했으며, 이는 은하와/또는 흡수된 AGN에서 기인하는 해소되지 않은 방출이 여전히 기여하고 있음을 시사한다.
• XRB에 대한 최대 기여 비율은 10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹ 근처의 소스에서 발생하며, 이는 소프트 및 하드 대역에서 약 50%의 기여를 한다.
• 강력한 포isson 기반 방법을 사용하여 소프트 및 XID 대역에서 99–99.9%의 유의성으로 천구적 군집을 검출했지만, 하드 및 초하드 대역에서는 소스 수가 적어 검출되지 않았다.
• 군집 신호는 깊은 필드에 국한되지 않고 하늘 전체에 널리 퍼져 있어, z ≤ 1.5에서 기인한 천체적 기원을 시사한다.
• 이전에 보고된 바와 같이 하드 스펙트럼 하드 X선 소스에서 더 강한 군집이 있다는 것은 확인되지 않았으며, 이는 통계적 능력 부족 때문일 가능성이 높다.