[논문 리뷰] The XMM-Newton survey of the ELAIS-S1 field. I: Number counts, angular correlation function and X-ray spectral properties

Simonetta Puccetti, F. Fiore외 17명|ArXiv.org|2006. 07. 06.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 52인용 수 49

한 줄 요약

이 논문은 XMM-Newton를 이용한 ELAIS-S1 영역에 대한 설문 조사에서 478개의 탐지된 소스에 대해 X선 수치 계수, 각도 상관 함수, 스펙트럼 특성을 분석한다. 부드러운(S) 및 딱딱한(H) X선 대역에서 유의미한 군집화가 발견되었으며, 상관 길이가 각각 S 대역에서 12.8–9.8 h⁻¹ Mpc, H 대역에서 17.9–13.4 h⁻¹ Mpc로 측정되어, 특히 z ≈ 0.4 근처에서 강한 대규모 구조 상관관계를 나타내며, 영역 전반에 걸쳐 복잡하고 확장된 군집 패턴을 제안한다.

ABSTRACT

We have surveyed with XMM-Newton the central ~0.6 deg2 region of the ELAIS-S1 field down to flux limits of ~5.5X10-16 cgs (0.5-2 keV, S band), ~2X10-15 cgs (2-10 keV, H band), and ~4X10-15 cgs (5-10 keV, HH band). We detect a total of 478 sources, 395 and 205 of which detected in the S and H bands respectively. We identified 7 clearly extended sources and estimated their redshift through X-ray spectral fits with thermal models. In four cases the redshift is consistent with z=0.4. We have computed the angular correlation function of the sources in the S and H bands, finding best fit correlation angles theta_0=5.2+/-3.8 arcsec and theta_0=12.8+/-7.8 arcsec respectively. A rough estimate of the present-day correlation length r_0 can be obtained inverting the Limber equation and assuming an appropriate redshift distribution dN/dz. The results range between 12.8 and 9.8 h-1 Mpc in the S band and between 17.9 and 13.4 h-1 Mpc in the H band, with 30-40% statistical errors, assuming either smooth redshift distributions or redshift distributions with spikes accounting for the presence of a structure at z=0.4. The relative density of the S band sources is higher near the clusters and groups at z~0.4 and extends toward East and toward South/West. This suggests that the structure is complex, with a size comparable to the full XMM-Newton field. Conversely, the highest relative source densities of the H band sources are located in the central-west region of the field.

연구 동기 및 목표

• 은하 및 활성은하핵(AGN)의 X선 수치 계수와 각도 군집을 통해 우주의 대규모 구조 진화를 연구하기 위해.
• XMM-Newton 깊은 설문 조사 자료를 이용해 ELAIS-S1 영역 내 X선 소스의 군집 특성을 조사하기 위해.
• 유사한 적색편이에서 관측된 옵티컬, 적외선, 전파로 선택된 소스와 비교하여 X선으로 선택된 AGN의 군집 특성을 연구하여 환경 의존성 이해하기 위해.
• 광도 한계가 있는 X선 설문 조사 자료를 이용해 은폐된 AGN이 대규모 구조 형성에 미치는 역할 평가하기 위해.
• X선 소스가 고적색편이 우주에서 고밀도 피크나 거대한 다크 물질 홀을 따라 흔적을 남기는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 0.5–2 keV 범위에서 약 ~5.5×10⁻¹⁶ erg cm⁻² s⁻¹, 2–10 keV 범위에서 약 ~2×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹, 5–10 keV 범위에서 약 ~4×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹의 광도 한계를 가진 약 0.6 deg² 크기의 ELAIS-S1 영역에 대해 깊은 XMM-Newton 설문 조사를 수행하였다.
• 478개의 X선 소스(7개의 확장 소스 포함)를 식별하고, 열 모델을 사용한 X선 스펙트럼 피팅을 통해 적색편이를 추정하였다.
• S 및 H 대역에 대해 각도 상관 함수(ACF)를 계산하고, 상관 각도 θ₀ = 5.2±3.8 arcsec(S 대역) 및 θ₀ = 12.8±7.8 arcsec(H 대역)로 피팅하였다.
• 적색편이 분포(부드럽거나 z≈0.4에서 피크가 있는 경우)를 사용하여 Limber 방정식을 반전시켜 현재 시점의 상관 길이 r₀를 h⁻¹ Mpc 단위로 추정하였다.
• 완전한 및 부분적인 분광학적 적색편이 샘플(87개 S 대역, 49개 H 대역 소스)을 사용하여 r₀ 추정치를 보정하고 적색편이 진화를 평가하였다.
• 기존의 z≈0.4 구조와의 상대적 공간 소스 밀도를 맵핑하여 공간 군집 패턴과 대규모 구조 정렬을 조사하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ELAIS-S1 영역 내 X선 소스의 각도 군집 강도는 어떻게 되며, 부드러운 및 딱딱한 X선 대역 간에 어떻게 다를까?
• RQ2 X선으로 선택된 AGN의 본질적 상관 길이 r₀는 얼마이며, 적색편이 분포 가정에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 X선 소스 밀도는 z≈0.4에서 알려진 대규모 구조와 공간적으로 상관관계가 있는가? 만약 그렇다면, 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ4 유사한 적색편이에서 옵티컬, 적외선, 전파로 선택된 은하 및 QSO와 비교할 때 X선 AGN의 군집 특성은 어떻게 다른가?
• RQ5 X선 설문 조사가 다른 파장대와 동일한 대규모 구조를 추적하는 정도는 어느 정도이며, 이는 AGN 피드백과 대규모 구조 형성에 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• 각도 상관 함수는 연한 X선 대역(0.5–2 keV)에서 최적 피팅 상관 각도 θ₀ = 5.2±3.8 arcsec, 딱딱한 X선 대역(2–10 keV)에서 θ₀ = 12.8±7.8 arcsec를 보였다.
• 현재 시점의 상관 길이 r₀ 추정치는 S 대역에서 12.8에서 9.8 h⁻¹ Mpc, H 대역에서 17.9에서 13.4 h⁻¹ Mpc로 추정되었으며, 통계 오차가 30–40%였다.
• 분광학적 적색편이를 사용하여 r₀는 S 대역에서 9.8⁺².⁷₋₄.₃ h⁻¹ Mpc, H 대역에서 13.4⁺³.²₋₄.₆ h⁻¹ Mpc로 추정되었으며, 이는 옵티컬로 선택된 AGN보다 더 높은 군집화를 나타내었다.
• S 대역 소스 밀도는 z≈0.4의 구조 근처에서 높아졌고, 동쪽 및 서남쪽으로 확장되어 전체 XMM-Newton 설문 영역을 감싸는 복잡한 대규모 구조를 나타내었다.
• H 대역 소스 밀도는 서남부 및 중앙 서부 지역에서 피크를 보였으며, 하나의 피크는 S 대역 밀도 피크와 일치했고, 다른 하나는 z≈0.4 확장 소원과 관련이 없었다.
• 군집 길이는 유사한 적색편이에서 극도로 빨간 은하(예: r₀≈12±3 h⁻¹ Mpc) 및 빛나는 전파 소스(예: r₀≈14±3 h⁻¹ Mpc)와 유사하여, 유사한 대규모 환경 상관관계를 나타낸다.