[논문 리뷰] The XMM-Newton wide-field survey in the COSMOS field. The point-like X-ray source catalogue

N. Cappelluti, M. Brusa외 25명|ArXiv.org|2009. 01. 15.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 48인용 수 169

한 줄 요약

이 논문은 COSMOS 영역에서 XMM-Newton 광역 X선 조사 결과를 제시하며, 0.5–2 keV 대역에서 약 1.7 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹의 한계 플럭스를 가진 2.13 deg² 영역에서 1,887개의 점원형 X선 소스로 구성된 매우 균일한 목록을 제공한다. 연구는 정밀한 logN-logS 관계와 X선 색-색도를 유도하여, 약 20%의 AGN 유사 소스가 높은 X선 복사능에도 불구하고 광학적 핵 활동의 징후를 보이지 않음을 확인하며, 숨겨진 또는 컴프턴 두른 AGN의 존재를 강조한다.

ABSTRACT

The COSMOS survey is a multiwavelength survey aimed to study the evolution of galaxies, AGN and the large scale structure. The XMM-COSMOS is a deep X-ray survey over the full 2 deg2 of the COSMOS area. It consists of 55 XMM-Newton pointings for a total exposure of ~1.5 Ms with an average vignetting corrected depth of 40 ks across the field of view and a sky coverage of 2.13 deg2. We present the catalogue of point-like X-ray sources detected with the EPIC CCD cameras, the logN-logS relations and the X-ray colour-colour diagrams. The analysis was performed in the 0.5-2 keV, 2-10 keV and 5-10 keV energy bands. The completeness of the catalogue as well as logN-logS have been calibrated using Monte Carlo simulations. The catalogs contains a total of 1887 unique sources detected in at least one band. The survey, that shows unprecedented homogeneity, has a flux limit of ~1.7x10-15 erg cm-2 s-1, ~9.3x10-15 erg cm-2 s-1 and ~1.3x10-14 erg cm-2 s-1 over 90% of the area (1.92 deg2) in the 0.5-2 keV, 2-10 keV and 5-10 keV energy band, respectively. Thanks to the rather homogeneous exposure over a large area, the derived logN-logS relations are very well determined over the flux range sampled by XMM-COSMOS. These relations have been compared with XRB synthesis models, which reproduce the observations with an agreement of ~10% in the 5-10 keV and 2-10 keV band, while in the 0.5-2 keV band the agreement is of the order of ~20%. The hard X-ray colors confirmed that the majority of the extragalactic sources, in a bright subsample, are actually Type I or Type II AGN. About 20% of the sources have X-ray luminosity typical of AGN (L_X >1042 erg/s) although they do not show any clear signature of nuclear activity in the optical spectrum.

연구 동기 및 목표

• XMM-Newton 조사에서 COSMOS 영역의 포괄적이고 균일한 X선 점원형 소스 목록을 만들기 위해, 2.13 deg²의 영역을 깊이 있는 노출로 커버하는 것.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 보정한 고도의 통계 정밀도로 logN-logS 관계와 소스 밀도도를 도출하기 위해 사용하는 것.
• 색-색도 및 경도 비율을 사용하여 은하계 외 소스의 X선 특성을 특성화하고, AGN 유형과 가림된 인구를 식별하기 위해 사용하는 것.
• 높은 X선 복사능을 가지나 광학적 핵 활동 징후가 없는 AGN 비율을 조사하는 것.
• 다양한 에너지 대역에서 X선 배경(XRB) 인구 합성 모델과의 일致성을 검증하기 위해 조사의 일致성을 평가하는 것.

제안 방법

• 조사는 총 55회의 XMM-Newton 포인팅을 사용하여 약 1.5 Ms의 총 노출를 확보하였으며, 비닝팅 보정 후 영역 평균 노출는 약 40 ks였다.
• 소스 탐지는 래스터 스캔 조사에 최적화된 최대우도 기법을 사용하였으며, 탐지 임계값은 det_ml > 10이었다.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 0.5–2 keV, 2–10 keV, 5–10 keV 에너지 대역에서 소스 완전성, 플럭스 한계, logN-logS 관계를 보정하였다.
• X선 경도 비율(HR1, HR2)과 색-색도도를 구성하여 소스 스펙트럼 유형을 분류하고, 컴프턴 두른 후보를 포함하였다.
• 광학 스펙트로스코피 및 다중파장 데이터를 사용하여 소스를 교차 식별하고, 특히 밝은 부분집합에서 AGN 유형을 분류하였다.
• 결과는 XRB 인구 합성 모델(Gilli 등 2007; Treister & Urry 2006)과 비교하여 여러 에너지 대역에서 모델의 일치성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 COSMOS 영역에서 0.5–10 keV 범위의 X선 소스 수 분포는 플럭스에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ2 현재의 X선 배경(XRB) 인구 합성 모델은 다양한 에너지 대역에서 관측된 소스 수를 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 L_X > 10⁴² erg/s인 X선이 밝은 소스 중 광학적으로 AGN 활동의 징후가 없는 비율은 얼마인가?
• RQ4 어떤 X선 색-색도 패tern이 컴프턴 두른 또는 강하게 흡수된 AGN의 존재를 나타내는가?
• RQ5 이 조사의 균일한 노출로 인해 소스 밀도 측정에서 천체적 변동성이 얼마나 줄어드는가?

주요 결과

• XMM-COSMOS 조사는 det_ml > 10인 1,887개의 고유한 X선 점원형 소스를 탐지하였으며, 0.5–2 keV(1,621개 소스), 2–10 keV(1,111개 소스), 5–10 keV(251개 소스)에 분포되어 있다.
• 조사는 0.5–2 keV 대역에서 약 1.7 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹, 2–10 keV 대역에서 약 9.3 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹, 5–10 keV 대역에서 약 1.3 × 10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹의 플럭스 한계를 확보하였으며, 이는 전체 1.92 deg² 영역의 약 90%에서 성립한다.
• 유도된 logN-logS 관계는 2–10 keV 및 5–10 keV 대역에서 XRB 모델과 약 10% 이내로 뛰어난 일치를 보였지만, 0.5–2 keV 대역에서는 약 20%의 편차를 보였다.
• 광학 스펙트로스코피가 있는 밝은 부분집합에서는 65%가 Type I AGN로 분류되었고, 약 15%는 Type II AGN로 분류되었으며, 나머지는 항성 형성 또는 발광선을 가진 은하로 분류되었다.
• 약 20%의 소스는 AGN의 특징적인 X선 복사능(L_X > 10⁴² erg/s)을 가지나 광학적으로 핵 활동의 징후가 없었으며, 이는 숨겨진 또는 컴프턴 두른 AGN의 인구 존재를 시사한다.
• 두 개의 소스(ID #2608 및 #131)는 각각 3%와 1%의 누출 플럭스를 가지며 컴프턴 두른 AGN와 일치하는 X선 색을 보였으며, 이는 XRB 모델 예측과 일치한다.