[논문 리뷰] X-ray sources in the 1.75 Ms Ultra Narrow Deep Field observed by XMM-Newton

M. Elías-Chávez, A. L. Longinotti외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 66인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 블라자르 1ES 1553+113을 중심으로 한 초박공한 깊은 필드를 1.75 Ms의 XMM-Newton로 관측하여 고의미도(ML ≥ 6)로 301개의 X선 점원소를 탐지하였다. 깊은 적외선(GTC) 및 적외선(WISE/2MASS) 후속 관측을 통해 244개의 광학/적외선 대응체를 확인하고, 그 중 204개를 AGN(139개의 세이퍼트형 및 41개의 퀘이사 포함)으로 분류하였으며, X선 등화도, 적색편이, 복사비율 등을 유도하여 깊고 좁은 분야의 약한 고적색편이 AGN 샘플을 크게 향상시켰다.

ABSTRACT

In this work, we present the results of the survey carried out on one of the deepest X-ray fields observed by the XMM-Newton satellite. The 1.75 Ms Ultra Narrow Deep Field (XMM175UNDF) survey is made by 13 observations taken over 2 yr with a total exposure time of 1.75 Ms (1.372 Ms after flare-filtered) in a field of 30' × 30' centered around the blazar 1ES 1553+113. We stacked the 13 observations reaching flux limits of 4.03 × 10-16, 1.3 × 10-15, and 9.8 × 10-16erg s-1cm-2in the soft (0.2-2 keV), hard (2-12 keV), and full (0.2-12 keV) bands, respectively. Using a conservative threshold of Maximum Likelihood significance of ML ≥ 6, corresponding to 3s, we detected 301 point-sources for which we derived positions, fluxes in different bands, and hardness ratios. Thanks to an optical follow-up that was carried out using the 10.4m the Gran Telescopio Canarias on the same field in the u'g'r'i'z' bands, combined with WISE/2MASS IR data, we identified 244 optical/IR counterpart candidates for our X-ray sources and estimated their X-ray luminosities, redshift distribution, X-ray/ optical-X-ray/IR flux ratios, and absolute magnitudes. Finally, we divided this subsample into 40 non-active sources and 204 active galactic nuclei, of which 139 are classified as Seyfert galaxies and 41 as Quasars.

연구 동기 및 목표

• XMM-Newton가 관측한 가장 깊은 X선 영역 중 하나에서 약한 X선 점원소를 탐지하고 특성화하는 것.
• 깊은 GTC 및 WISE/2MASS 자료를 이용해 X선 소스의 광학 및 적외선 대응체를 식별하는 것.
• X선 소스를 AGN와 비활성 은하로 분류하고, 적색편이, 등화도, 복사비율을 추정하는 것.
• 고적색편이, 저등화도 영역에서 AGN의 인구 통계 및 은폐된 AGN 인구에 대한 이해를 향상시키는 것.

제안 방법

• 1.75 Ms(플레어 필터링 후 1.372 Ms)의 총 관측량을 확보하기 위해 2년간 13회의 XMM-Newton 관측을 실시하였으며, 1ES 1553+113 주변 30′ × 30′ 영역을 대상으로 하였다.
• 최대우도의의미도(ML ≥ 6, 3σ에 해당)를 사용하여 연속(0.2–2 keV), 딱딱한(2–12 keV), 전체(0.2–12 keV) 밴드에서 301개의 X선 점원소를 탐지하였다.
• 대응체 식별을 위해 GTC의 10.4m 광학 망원경을 사용하여 u′g′r′i′z′ 밴드에서 광학 후속 관측을 수행하였다.
• GTC 광학 자료와 WISE/2MASS 적외선 자료를 융합하여 소스 연관성 및 복사비율 분석을 향상시켰다.
• 교차매칭을 위해 우도비 기법을 적용하여 X선 소스를 광학/적외선 카탈로그와 매칭하고, 광학적 적색편이를 추정하였다.
• GTC-OSIRIS R1000R 격자로 33개의 소스에 대해 스펙트럼적 적색편이를 확보하였으며, 5100–10000 Å 범위에서 해상도 2.62 Å/픽셀을 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 XMM-Newton 1.75 Ms 초박공한 깊은 필드가 약한 X선 소스를 탐지하는 데서 완전성과 감도는 어떠한가?
• RQ2 신뢰할 수 있는 광학 및 적외선 대응체를 가진 X선 소스는 몇 개인가? 다중파장 연관의 성공률은 어떠한가?
• RQ3 탐지된 X선 소스 중 AGN는 전체의 몇 퍼센트이며, 다양한 적색편이 범위에서 세이퍼트형과 퀘이사로 어떻게 분류되는가?
• RQ4 탐지된 AGN의 X선 등화도, 복사비율(X선/광학 및 X선/적외선), 적색편이 분포는 어떠한가?
• RQ5 33개 소스의 스펙트럼적 적색편이는 광학적 적색편이 추정치와 어떻게 비교되는가? 그리고 광학적 적색편이 훈련 세트의 정확도는 어떠한가?

주요 결과

• 등화도 한계는 연속 밴드에서 4.03 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻², 딱딱한 밴드에서 1.3 × 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻², 전체 밴드에서 9.8 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²로 설정되어, 약한 고적색편이 AGN를 탐지할 수 있게 하였다.
• ML ≥ 6 조건을 충족하여 총 301개의 X선 점원소가 탐지되었으며, 이는 3σ의 의미도 기준을 충족하고 높은 신뢰도를 보였다.
• GTC 및 WISE/2MASS 자료와의 교차매칭을 통해 총 244개의 광학/적외선 대응체 후보를 확인하였으며, 이는 소스 특성 분석을 크게 향상시켰다.
• 244개의 대응체 중 204개가 AGN로 분류되었으며(세이퍼트형 139개, 퀘이사 41개), 이는 이 영역에서 AGN 비율이 높다는 것을 시사한다.
• X선 등화도는 약 10⁴² erg s⁻¹에서 ~10⁴⁶ erg s⁻¹까지 범위를 가지며, 가장 높은 등화도 소스는 Lx ≈ 2.61 × 10⁴⁶ erg s⁻¹에 도달하였다.
• 33개의 소스에 대해 스펙트럼적 적색편이를 성공적으로 측정하였으며, 한 소스(XID150)는 z = 0.6621 ± 0.0001의 값을 기록하였다. 또한 광학적 적색편이 훈련 세트는 이러한 고정밀 측정치를 바탕으로 검증되었다.