[论文解读] The HELLAS2XMM survey: IV. Optical identifications and the evolution of the accretion luminosity in the Universe

F. Fiore, M. Brusa+13 more|ArXiv.org|Jun 26, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 45被引用 156

一句话总结

本研究对HELLAS2XMM巡天中的122个XMM-Newton X射线源进行了光学识别，发现约20%的源表现出极高的X射线与光学通量比（X/O > 10），表明其为高度遮蔽或高光度的AGN。结合深度巡天数据，研究发现高光度AGN（log L_{2-10keV} > 44.5）的数目密度在z ≈ 1–2处达到峰值，且其演化行为与低光度AGN不同，且在z=2至4之间，两类AGN对吸积光度密度的贡献相当。

ABSTRACT

We present results from the photometric and spectroscopic identification of 122 X-ray sources recently discovered by XMM-Newton in the 2-10 keV band (the HELLAS2XMM 1dF sample). Their flux cover the range 8E-15-4E-13 cgs and the total area surveyed is 0.9 deg2. About 20% of the hard X-ray selected sources have an X-ray to optical flux ratio (X/O) ten times or more higher than that of optically selected AGN. Unlike the faint sources found in the ultra-deep Chandra and XMM-Newton surveys, which reach X-ray (and optical) fluxes more than one order of magnitude lower than the HELLAS2XMM survey sources, many of the extreme X/O sources in our sample have R<=25 and are therefore accessible to optical spectroscopy. We report the identification of 13 sources with X/O>10: 8 are narrow line QSO (i.e. QSO2), four are broad line QSO. We use a combined sample of 317 hard X-ray selected sources (HELLAS2XMM 1dF, CDFN 1Msec, SSA13 and Lockman Hole flux limited samples), 221 with measured z, to evaluate the cosmological evolution of the hard X-ray source's number and luminosity densities. Looking backward in time, the low luminosity sources (logL(2-10keV) = 43-44 erg/s) increase in number at a rate different than the high luminosity sources (logL(2-10keV)>44.5 erg/s), reaching a maximum around z=1 and then levelling off beyond z=2. This translates into an accretion driven luminosity density which is dominated by sources with logL(2-10keV) < 44.5 erg/s up to at least z=1, while the contribution of the same sources and of those with logL(2-10keV)>44.5 erg/s appear to be comparable between z=2 and 4.

研究动机与目标

• 利用光学测光与光谱学对HELLAS2XMM巡天中的X射线源进行识别与表征。
• 研究具有极端X/O通量比的源的性质，特别是X/O > 10的源，其可能指示遮蔽或高光度的AGN。
• 通过结合浅深度（HELLAS2XMM）与深度（CDFN、CDFS、Lockman Hole）巡天数据，测量硬X射线选源的宇宙学演化。
• 约束从红移z=0到z=4范围内AGN的光度与数目密度演化，尤其关注高光度与遮蔽源群体。
• 为AGN与星系协同演化的分层聚类模型提供观测约束，特别关注遮蔽作用与光度的角色。

提出的方法

• 利用在0.9 deg²范围内对HELLAS2XMM 1dF巡天中的122个X射线源进行光学后续观测，结合测光与光谱学方法。
• 利用ESO与TNG望远镜的多波段成像，将X射线源与光学/NIR对应体进行交叉识别。
• 对合并样本中317个硬X射线选源中的221个源测定红移，获得其红移测量值。
• 通过将源按红移与光度区间（log L_{2-10keV} = 43–44 与 >44.5）分箱，构建X射线光度函数与数目密度演化模型。
• 将X/O通量比与R-K颜色进行比较，以识别极红对象（EROs），将高X/O与遮蔽或大质量宿主星系联系起来。
• 对暗弱且无法通过光谱识别的源使用测光红移，以扩展红移覆盖范围并改进光度函数估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 在硬X射线选源中，具有极端X/O通量比（X/O > 10）的源所占比例是多少？其本质为何？
• RQ2 高光度（log L_{2-10keV} > 44.5）与低光度（log L_{2-10keV} = 43–44）AGN的数目密度与光度密度如何随红移演化？
• RQ3 AGN宇宙密度是否存在光度依赖性演化？其与AGN综合模型的预测相比如何？
• RQ4 遮蔽与非遮蔽AGN是否以相似方式演化？遮蔽是否与光度相关？
• RQ5 结合HELLAS2XMM与超深度巡天数据，能否为z=2–4区间吸积光度密度提供稳健约束？

主要发现

• HELLAS2XMM巡天中约20%的硬X射线选源具有X/O比率≥10，表明X射线极端主导，其中13个源已通过光谱学确认。
• 在X/O > 10的源中，8个为窄线类星体，4个为宽线类星体，表明其与高光度型II型赛弗特星系存在关联。
• 低光度AGN（log L_{2-10keV} = 43–44）的数目密度随 lookback time 缓慢增加，在z ≈ 1处达到峰值，并在z ≈ 2之后下降。
• 高光度AGN（log L_{2-10keV} > 44.5）的数目密度在z ≈ 1–2处达到峰值，并在z ≈ 2之后保持相对平坦。
• 在至少z = 1之前，吸积光度密度主要由log L_{2-10keV} < 44.5的源主导；而在z = 2至4之间，低光度与高光度源对光度密度的贡献变得相当。
• 在Mignoli等人样本中，所有10个X/O > 10且R-K > 5的源均为极红对象，将高X/O与大质量、红色、已演化宿主星系联系起来。