[논문 리뷰] XMM-Newton observation of the Lockman Hole II. Spectral analysis

V. Mainieri, J. Bergeron외 6명|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|2002. 07. 08.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 1인용 수 137

한 줄 요약

이 연구는 락먼홀 필드의 98개 XMM-뉴턴 소스에 대한 심층 X선 스펙트럼 분석을 제시하며, 내재된 흡수와 스펙트럼 기울기를 중심으로 다룬다. 평균 스펙트럼 기울기 ⟨Γ⟩ ≈ 2는 흡수와 무관하며, 어두운 소스의 스펙트럼 경화는 주로 내재된 흡수로 인해 발생한다. 이는 막힌 AGN의 중요한 집단을 규명하며, L_X > 10^44 erg s⁻¹ 이며 log(N_H) > 22 cm⁻² 인 18개의 X선으로 선택된 ERO와 6개의 타입-2 QSO 후보자를 포함한다. 이로 인해 1平方도당 약 69개의 이러한 천체가 존재하는 것으로 추정된다.

ABSTRACT

We present the results of the X-ray spectral analysis of the first deep X-ray survey with the XMM-Newton observatory during Performance Verification. We restrict the analysis to the sample of 98 sources with more than 70 net counts (flux limit in the [0.5-7] keV band of 1.6 10^{-15} erg cm^{-2} s^{-1}) of which 61 have redshift identification. We find no correlation between the spectral index Gamma and the intrinsic absorption column density N_H and, for both the Type-1 and Type-2 AGN populations, we obtain ~2. The progressive hardening of the mean X-ray source spectrum with decreasing flux is essentially due to an increase in intrinsic absorption. The marked separation between the two AGN populations in several diagnostics diagrams, involving X-ray colour, X-ray flux, optical/near IR colour and optical brightness, is also a consequence of different absorption column densities and enables the classification of optically faint obscured AGN. About 27% of the subsample with R-K' colour are EROs (R-K>5) and most of these 18 X-ray selected EROs contain anobscured AGN as revealed by their high X-ray-to-optical/near IR flux ratios. There are six sources in our sample with L_X[0.5-10]>10^44 erg s^{-1} and log(N_H)>10^22 cm^{-2}: which are likely Type-2 QSOs and we thus derive a density of ~69 objects of this class per square degree.

연구 동기 및 목표

• 락먼홀에서의 어두운 X선 소스의 물리적 성질을 X선 스펙트럼 분석을 통해 이해하기 위해.
• 광도 감소와 함께 점차 경화되는 X선 스펙트럼이 내재된 흡수 때문인지 아니면 본질적으로 평탄한 스펙트럼 때문인지 확인하기 위해.
• 특히 R−K′ 색상과 X선 대 광학/근적외선 복사비를 이용한 X선 및 광학/근적외선 진단을 통해 막힌 AGN를 분류하기 위해.
• 높은 빛의 세기와 강한 흡수를 보이는 AGN, 특히 잠재적인 타입-2 QSO를 식별하고 특성화하기 위해.
• 막힌 AGN와 막히지 않은 AGN에서 은하의 기여가 관측된 색상에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 0.5–7 keV 대역에서 70개 이상의 순수 카운트를 가진 98개의 XMM-뉴턴 EPIC-pn 소스에 대한 스펙트럼 피팅.
• X선 에너지 분포 모델링을 통해 스펙트럼 기울기(Γ)와 내재된 흡수 열두께(N_H) 측정.
• 경화비와 X선 색상-색상 다이어그램을 사용하여 소스 집단을 분리.
• 광학 및 근적외선 데이터와의 교차 식별을 통해 R−K′ 색상과 광학 등급 유도.
• X선과 광학/근적외선 복사비의 비교를 통해 높은 f_X/f_R 비율을 통해 막힌 AGN 식별.
• 적색편이 정보와 진화 궤적을 사용하여 관측된 색상에 대한 AGN와 은하 기여를 구분.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어두운 소스에서 관측된 X선 스펙트럼의 경화가 증가하는 내재된 흡수 때문인지 아니면 본질적으로 평탄한 스펙트럼 때문인지?
• RQ2 AGN 집단에서 X선 스펙트럼 특성과 광학 및 근적외선 색상, 특히 R−K′와의 상관관계는 어떻게 되는가?
• RQ3 X선로 선택된 ERO(R−K′ ≥ 5)는 그들의 X선 및 광학적 성질을 바탕으로 신뢰성 있게 막힌 AGN로 식별될 수 있는가?
• RQ4 깊은 XMM-뉴턴 설문조사에서 고도로 투과된, 높은 빛의 세기의 타입-2 QSO(L_X > 10^44 erg s⁻¹, log(N_H) > 22 cm⁻²)의 밀도는 얼마인가?
• RQ5 은하의 빛과 K보정이 X선 소스의 관측된 R−K′ 색상에 어느 정도의 영향을 미치는가?

주요 결과

• 평균 스펙트럼 기울기 ⟨Γ⟩ ≈ 2는 내재된 흡수와 무관하여, 어두운 소스에서의 스펙트럼 경화가 본질적으로 평탄한 스펙트럼 때문이 아님을 시사한다.
• 광도 감소와 함께 점차 경화되는 평균 X선 스펙트럼은 스펙트럼 기울기의 변화가 아니라 내재된 흡수 증가로 주로 유도된다.
• R−K′ 색상으로 선택된 샘플의 약 27%가 ERO(R−K′ ≥ 5)이며, 이들 18개의 X선으로 선택된 ERO 중 대부분은 높은 X선 대 광학/근적외선 복사비를 보이는 막힌 AGN이다.
• L_X[0.5–10] > 10^44 erg s⁻¹ 이며 log(N_H) > 22 cm⁻² 인 6개의 소스는 타입-2 QSO로 간주되며, 이로 인해 1.6×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹의 광도 한계에서 1제곱도당 약 69개의 이러한 천체가 존재하는 것으로 추정된다.
• 광학적으로 어두운 소스(약 80%에서 R > 24)와 빨간 R−K′ 색상(약 90%에서 ≥4)은 대부분 투과되어 있으며, log(f_X[2–10]/f_R) > 1을 보여 타입-2 AGN일 가능성이 높다.
• 광학 스펙트럼 관측 후속 조사 결과, 새로 발견된 어두운 XMM 소스의 대부분은 z < 1이며 막힌 AGN이며, 두 개의 X선이 밝고 광학적으로 정상적인 은하도 강한 X선 흡수를 보였다.