[논문 리뷰] The XMM-Newton Serendipitous Survey. VI. The X-ray Luminosity Function

J. Ebrero, F. J. Carrera외 7명|ArXiv.org|2008. 11. 10.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 68인용 수 67

한 줄 요약

이 연구는 XMM-Newton 우연적 설문조사와 보완적인 깊이/얕은 설문조사 자료를 바탕으로 연속된 소프트(0.5–2 keV), 하드(2–10 keV), 그리고 초하드(4.5–7.5 keV) 대역에서 투과된 AGN와 투과되지 않은 AGN의 X선 빛의 세기 함수(XLF)를 제시한다. 밝기 의존 밀도 진화(LDDE) 모델이 자료를 가장 잘 기술하며, 이는 고밀도 빛의 세기 AGN가 더 이른 시기에 형성되었음을(정점은 z ~ 1.5에서 발생), 반면 낮은 밝기 AGN는 더 낮은 적색편이까지 지속적으로 형성되며, 밝기 의존 진화 효과로 인해 초하드 대역에서 더 강한 진화가 관측됨을 시사한다.

ABSTRACT

We present the X-ray luminosity function of AGN in three energy bands (Soft: 0.5-2 keV, Hard: 2-10 keV and Ultrahard: 4.5-7.5 keV). We have used the XMS survey along with other highly complete flux-limited deeper and shallower surveys for a total of 1009, 435 and 119 sources in the Soft, Hard and Ultrahard bands, respectively. We have modeled the intrinsic absorption of the Hard and Ultrahard sources (NH function) and computed the intrinsic X-ray luminosity function in all bands using a Maximum Likelihood fit technique to an analytical model. We find that the X-ray luminosity function (XLF) is best described by a Luminosity-Dependent Density Evolution (LDDE) model. Our results show a good overall agreement with previous results in the Hard band, although with slightly weaker evolution. Our model in the Soft band present slight discrepancies with other works in this band, the shape of our present day XLF being significantly flatter. We find faster evolution in the AGN detected in the Ultrahard band than those in the Hard band. The fraction of absorbed AGN in the Hard and Ultrahard bands is dependent on the X-ray luminosity. We find evidence of evolution of this fraction with redshift in the Hard band but not in the Ultrahard band, possibly due to the low statistics. Our best-fit XLF shows that the high-luminosity AGN are fully formed earlier than the less luminous AGN. The latter sources account for the vast majority of the accretion rate and mass density of the Universe, according to an anti-hierarchical black hole growth scenario.

연구 동기 및 목표

• 내재된 투과성과 우주론적 진화를 고려하여 AGN의 본질적 X선 빛의 세기 함수(XLF)를 정확히 결정하는 것.
• 다양한 에너지 대역에서 X선 빛의 세기와 적색편이에 따른 투과된 AGN 비율의 의존성을 조사하는 것.
• 빛의 세기 의존 밀도 진화(LDDE) 모델이 순수 빛의 세기 또는 순수 밀도 진화 모델보다 더 나은 적합도를 보이는지 테스트하는 것.
• 은하수 블랙홀 질량 밀도와 적합한 흡수된 AGN 인구를 고려한 우주 시간에 따른 적합한 질량 밀도를 추정하는 것.
• 이전의 소프트 및 하드 X선 설문조사에서 관측된 XLF 형태와 진화 속도의 모순을 해결하는 것, 특히 소프트 대역에서의 문제를 중심으로.

제안 방법

• 연구는 XMM-Newton 우연적 설문조사와 보완적인 밝기 한계 설문조사에서 소프트, 하드, 초하드 대역에 각각 1,009개, 435개, 119개의 소스로 구성된 표본을 사용한다.
• 이들은 비편향된 본질적 XLF를 계산하기 위해 수정된 $1/V_a$ 기법과 분석 모델을 사용한 최대우도 적합 기법을 적용한다.
• 하드 및 초하드 대역 소스에 대해 내재된 투과성($N_H$) 함수를 모델링하여 음영 효과를 보정한다.
• 통계적 적합도 기준을 사용하여 LDDE 모델을 순수 빛의 세기 진화(PLE) 및 순수 밀도 진화(PDE) 모델과 비교한다.
• XLF는 적색편이 함수로서의 공변 적합한 질량 밀도 및 총 블랙홀 질량 밀도를 계산하는 데 사용된다.
• 이전 연구들(Miyaji et al. 2000, Hasinger et al. 2005, La Franca et al. 2005 등)과의 결과 비교를 통해 일관성과 모순 해결 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AGN의 본질적 X선 빛의 세기 함수(XLF)는 소프트, 하드, 초하드 에너지 대역에서 어떻게 변화하며, 가장 적합한 진화 모델은 무엇인가?
• RQ2 투과된 AGN 비율은 X선 빛의 세기와 적색편이에 따라 어떻게 의존하는가? 이 비율은 우주의 시간에 따라 진화하는가?
• RQ3 왜 초하드 대역 XLF는 하드 대역보다 더 강한 진화를 보이며, 이는 빛의 세기 의존 진화 때문인가, 아니면 표본 편향 때문인가?
• RQ4 적합한 질량 밀도와 총 블랙홀 질량 밀도는 적색편이에 따라 어떻게 진화하며, 지역 관측 결과와 일치하는가? 컴프턴 두꺼운 AGN 기여도는 어떻게 고려되는가?
• RQ5 결과가 이전 연구들과의 소프트 X선 대역 XLF 형태와 진화 속도의 모순을 어느 정도 해결하는가?

주요 결과

• 빛의 세기 의존 밀도 진화(LDDE) 모델이 세 에너지 대역 모두에서 XLF에 가장 적합하며, PLE 및 PDE 모델을 능가한다.
• 고밀도 빛의 세기 AGN(log LX > 44)의 공변 밀도 정점은 z ~ 1.5에서 발생하지만, 저밀도 빛의 세기 AGN(log LX < 44)의 정점은 z ~ 0.7에서 발생하여 더 밝은 소스가 더 이르게 형성됨을 시사한다.
• 내재된 투과성($\log N_H > 22$)을 가진 AGN 비율은 X선 빛의 세기가 증가함에 따라 감소하며, AGN 민족학에서 알려진 추세를 확인한다.
• 하드 대역에서는 투과된 AGN 비율이 적색편이에 따라 진화하지만, 초하드 대역에서는 유의미한 진화가 관측되지 않으며, 이는 통계적 수치가 낮기 때문일 수 있다.
• 초하드 대역 XLF는 절단 적색편이 이하에서 하드 대역보다 더 강한 진화를 보이며, 이는 모델에 반영되지 않은 빛의 세기 의존 진화 매개변수 때문일 수 있다.
• 최적의 LDDE 모델에서 예측한 국소 블랙홀 질량 밀도는 관측 결과와 일치하며, Marconi et al. (2004)와의 모순은 컴프턴 두꺼운 AGN가 누락되어 있었기 때문으로 설명되며, 이들은 질량 함수에 약 1.5배 기여한다.