[論文レビュー] The HELLAS2XMM survey. X. The bolometric output of luminous obscured quasars: The Spitzer perspective

F. Pozzi, C. Vignali+11 more|ArXiv.org|Apr 5, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 53被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、HELLAS2XMM調査から選ばれた8例の高赤方偏移、X線選択、遮へいされたクェーサーについて、スパイitzer IRACおよびMIPS 24 μm観測を用いてスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化した。核のトーラス放射と宿主銀河光を分離することで、10⁴⁵–10⁴⁷ erg s⁻¹の全波長放射度が導かれた。また、Eddington比（L/L_Edd < 0.1）が低く、これらの明るいクェーサーは低降着、ピーク通過後の進化段階にあり、質量的になお成熟した楕円形宿主銀河に存在する大質量ブラックホールと整合的であることが示された。

ABSTRACT

Aims: We aim at estimating the spectral energy distributions (SEDs) and the physical parameters related to the black holes harbored in eight high X-ray-to-optical (F_X/F_R&gt;10) obscured quasars at z&gt;0.9 selected in the 2--10 keV band from the HELLAS2XMM survey. Methods: We use IRAC and MIPS 24 micron observations, along with optical and Ks-band photometry, to obtain the SEDs of the sources. The observed SEDs are modeled using a combination of an elliptical template and torus emission (using the phenomenological templates of Silva et al. 2004) for six sources associated with passive galaxies; for two point-like sources, the empirical SEDs of red quasars are adopted. The bolometric luminosities and the M_BH-L_K relation are used to provide an estimate of the masses and Eddington ratios of the black holes residing in these AGN. Results: All of our sources are detected in the IRAC and MIPS (at 24 micron) bands. The SED modeling described above is in good agreement with the observed near- and mid-infrared data. The derived bolometric luminosities are in the range ~10^45-10^47 erg s^-1, and the median 2--10 keV bolometric correction is ~25, consistent with the widely adopted value derived by Elvis et al. (1994). For the objects with elliptical-like profiles in the K_s band, we derive high stellar masses (0.8-6.2)X10^11 Mo, black hole masses in the range (0.2-2.5)X10^9 Mo, and Eddington ratios L/L_Edd&lt;0.1, suggesting a low-accretion phase.

研究の動機と目的

• 中赤外線スパイザー観測を用いて、宿主銀河光による汚染を克服し、高赤方偏移、明るい、遮へいされたクェーサーの全波長放射度を推定すること。
• 特にKsバンドで楕円銀河に類似した形状を示す源に対して、星族（宿主銀河）放射と核（トーラス）放射を分離することでSEDをモデル化すること。
• M_BH–L_K関係を用いてブラックホール質量とEddington比を導出するが、赤方偏移に伴うM_BH/M_star比の進化に関する不確実性を考慮すること。
• 遮へいされ、高放射度のクェーサーに対して、広く用いられている2–10 keV全波長補正係数（約25）が成立するかを検証し、トーラスの覆い率および赤外線の非等方性の影響を評価すること。
• これらの遮へいクェーサーが、ブラックホール質量がすでに最終的質量に近づいた段階にあるAGN活動の後期段階を示しているかどうかを検討すること。

提案手法

• HELLAS2XMM調査から選ばれた8例の高X/O、X線選択、遮へいクェーサーについて、スパイザーIRAC（3.6–24 μm）およびMIPS 24 μmの光度測定を実施した。
• 2成分SEDモデルを用いた：Ksバンドの形状から得られる楕円銀河テンプレートに加え、拡張したKsプロファイルを示す源に対しては、Silvaら（2004）のテンプレートに基づくトーラス放射成分を組み込んだ。
• Ksバンドで点状に見える源については、赤クェーサーの経験的SEDテンプレート（Polletta ら 2006）を用いて観測SEDにフィットさせ、非遮へいクェーサーのテンプレートを仮定しない方法を採用した。
• モデル化された核のSEDを遠赤外域にまで外挿し、X線放射度（2–10 keV）と赤外放射度を合算することで全波長放射度を計算した。この際、トーラスの覆い率および非等方性の補正を施した。
• SEDフィッティングによる光度赤方偏移の推定を行い、近赤外線観測からの赤方偏移スペクトル（2例の確実、1例の可能性あり）と照合確認を行った。
• M_BH–L_K関係を用いてブラックホール質量を推定し、赤方偏移z ≈ 1.2と局所宇宙におけるM_BH/M_star比の進化に関する異なるシナリオを検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移、明るい、遮へいクェーサーの全波長放射度は何か？ また、標準的な2–10 keV全波長補正係数（約25）と比較するとどうなるか？
• RQ2 Ksバンドで楕円銀河に類似した形状を示す遮へいクェーサーにおいて、宿主銀河の星族放射が近赤外線放射をどれほど支配しているか？ また、核のトーラス放射をどのように分離できるか？
• RQ3 これらの遮へいクェーサーのブラックホール質量とEddington比は何か？ 低降着、ピーク通過後の進化段階を示唆しているか？
• RQ4 点状の源のSEDは経験的赤クェーサーテンプレートとどのように比較できるか？ また、非遮へいクェーサーとは異なる核放射メカニズムを支持するか？
• RQ5 これらのクェーサーの観測された性質は、ブラックホールがすでに最終的質量に近づいている後期段階にあることを示唆しているか？

主な発見

• 8例すべての源がIRACおよびMIPS 24 μmバンドで明確に検出された。これは、中赤外線観測が遮へいAGNを効果的に露わにできることを確認した。
• Ksバンドで楕円銀河に類似したプロファイルを示す源では、星族成分が最初のIRACバンド（3.6–4.5 μm）まで支配的であるが、24 μm放射は完全に再放射された核のトーラス放射によって支配されている。
• 2–10 keV全波長補正係数の中央値は約25であった。これはElvis ら（1994）が提唱した広く用いられている値と整合的であり、遮へいクェーサーに対してもこの補正係数の使用が妥当であることを裏付けた。
• ブラックホール質量は（0.2–2.5）× 10⁹ M☉の範囲で推定され、星族質量は（0.8–6.2）× 10¹¹ M☉であった。これは、z ≈ 1–2の巨大宿主銀河を示している。
• Eddington比は低く、L/L_Edd < 0.1（λ ≈ 0.008–0.084）であった。これは、これらのクェーサーが低降着段階にあり、進化の後期段階にあることを示唆している。
• データはSDSSクェーサーのEddington比分布の下側エッジに位置しており、HELLAS2XMM選択、光学的に明るくない遮へいクェーサーが、明るく高降着のSDSSクェーサーとは異なる、後期の進化段階を探索していることを示している。