[論文レビュー] The Swift Serendipitous Survey in deep XRT GRB fields (SwiftFT) I. The X-ray catalog and number counts

Simonetta Puccetti, M. Capalbi+13 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 43被引用数 36

ひとこと要約

本論文は、ガンマ線バースト（GRB）の周辺に位置する374個のSwift-XRTフィールドを用いた大面積・中深度のX線サーベイ、SwiftFTを提案する。このサーベイは、0.5–2 keVおよび2–10 keVバンドで高い統計的有意性を示す、7.2×10⁻¹⁶ erg cm⁻² s⁻¹のフラックス限界まで、9,387個の点状X線源を検出する。また、高銀緯度フィールドにおける最初の高精度なlogN-logS関係を報告し、先行調査と整合的であり、やや遮蔽されたAGNの割合が37%であることが明らかになった。

ABSTRACT

We searched for X-ray serendipitous sources in over 370 Swift-XRT fields centered on gamma ray bursts detected between 2004 and 2008 and observed with total exposures ranging from 10 ks to over 1 Ms. This defines the Swift Serendipitous Survey in deep XRT GRB fields, which is quite broad compared to existing surveys (~33 square degrees) and medium depth, with a faintest flux limit of 7.2e-16 erg cm^-2 s^-1 in the 0.5 to 2 keV energy range. The survey has a high degree of uniformity thanks to the stable point spread function and small vignetting correction factors of the XRT, moreover is completely random on the sky as GRBs explode in totally unrelated parts of the sky. In this paper we present the sample and the X-ray number counts of the high Galactic-latitude sample, estimated with high statistics over a wide flux range (i.e., 7.2e-16 to ~5e-13 erg cm^-2 s^-1 in the 0.5-2 keV band and 3.4e-15 to ~6e-13 erg cm^-2 s^-1 in the 2-10 keV band). We detect 9387 point-like sources, while 7071 point-like sources are found at high Galactic-latitudes (i.e. >=20 deg). The large number of detected sources resulting from the combination of large area and deep flux limits make this survey a new important tool for investigating the evolution of AGN. In particular, the large area permits finding rare high-luminosity objects like QSO2, which are poorly sampled by other surveys, adding precious information for the luminosity function bright end. The high Galactic-latitude logN-logS relation is well determined over all the flux coverage, and it is nicely consistent with previous results at 1 sigma confidence level. By the hard X-ray color analysis, we find that the Swift Serendipitous Survey in deep XRT GRB fields samples relatively unobscured and mildly obscured AGN, with a fraction of obscured sources of ~37% (~15%) in the 2-10 (0.3-3 keV) band.

研究の動機と目的

• 活動銀河核（AGN）の正確な集計を向上させ、その進化を研究するための大面積・均一なX線サーベイを実施すること。
• Swift GRBフィールドの長時間露光による偶然的観測を活用し、既存のX線サーベイにおける宇宙的分散とフラックス限界バイアスを克服すること。
• 正確なフラックス限界と位置不確かさを備えた高信頼性のX線源カタログを構築すること。
• 特に未十分にサンプリングされている明るい領域を含む広いフラックス範囲で、X線数密度（logN-logS）を測定すること。
• X線の硬さ比を用いて、非遮蔽およびやや遮蔽された集団に焦点を当て、AGNの遮蔽特性を特徴づけること。

提案手法

• ガンマ線バースト（GRB）フィールドの374個のSwift-XRT観測を用い、露光時間は10 ksから1 Msを超えるまで変動し、深く均一なカバレッジを実現した。
• 点状X線源を特定するため、3つのエネルギーバンド（0.3–3 keV（S）、2–10 keV（H）、0.3–10 keV（F））で、≤2×10⁻⁵のポisson確率を検出閾値として適用した。
• 機器応答関数と完全性推定値を用いてフラックス限界をキャリブレーションし、0.5–2 keVバンドで50%完全性フラックスが4.8×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹に達した。
• HバンドとSバンドのフラックス比を用いた硬さ比分析を用い、非遮蔽または遮蔽された源に分類した。遮蔽の定義には、吸収密度の閾値（NH ≲ 10²³ cm⁻²）を用いた。
• 高銀緯度フィールド（|b| ≥ 20°）に対してlogN-logS分析を実施し、破れたべき乗法則モデルをフィットしてα₁、α₂、S₀のパラメータを決定した。
• 理論的モデル（Gilli et al. 2007）と比較し、先行調査（例：C-COSMOS、ELAIS-S1）と照らし合わせて一貫性を評価し、バイアスの有無を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高銀緯度フィールドにおける0.5–2 keVおよび2–10 keVバンドのX線数密度分布（logN-logS）はどのようなものか。また、過去の調査と比較するとどうなるか？
• RQ2 SwiftFTサーベイはどれほど遮蔽されたAGNをサンプリングしているか。また、フラックスおよびエネルギーバンドに応じて遮蔽割合はどのように変化するか？
• RQ3 他の大面積X線サーベイと比較して、本サーベイのフラックス限界と感度の均一性はどの程度か。特に、希少で高ランクのAGNを研究する上でどのような利点があるか？
• RQ4 観測されたlogN-logS関係は、Gilli et al. (2007)のX線背景合成モデルと整合的か。特に、微弱なフラックス域および明るい領域でどうか？
• RQ5 保守的なHバンドの上界限界が、硬さ比に基づく遮蔽割合に与える影響は何か。特にフラックス限界付近ではどうか？

主な発見

• 検出有意度閾値≤2×10⁻⁵を満たす9,387個の明確な点状X線源が検出され、そのうち7,071個が高銀緯度（|b| ≥ 20°）に位置した。
• 0.5–2 keVバンドにおける50%完全性フラックス限界は4.8×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹であり、これに相当する限界フラックスは7.2×10⁻¹⁶ erg cm⁻² s⁻¹であり、これは大面積X線サーベイの中で最も深い部類に入る。
• 高銀緯度のlogN-logS関係は、広いフラックス範囲（0.5–2 keVで7.2×10⁻¹⁶から～5×10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹）にわたり良好に制約されており、1σ信頼水準で先行調査と整合的である。
• X線数密度は、0.5–2 keVバンドで破れたべき乗法則に最もよく適合し、α₁ = 1.76⁺⁰.¹₋₀.₀⁹、α₂ = 0.51⁺⁰.⁰⁷₋₀.⁰⁹、破壊フラックスS₀ = 6.4⁺¹.⁴₋₁.⁶×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹である。2–10 keVバンドでは、α₁ = 1.93⁺⁰.¹³₋₀.¹⁰、α₂ = 0.5⁺⁰.³₋₀.³、S₀ = 7.5⁺⁴.¹₋₁.⁹×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹である。
• Hバンドでは約37%、Sバンドでは約15%の源が硬さ比分析により遮蔽されたAGNと分類され、フラックスが低くなるほどエネルギーが高くなるほどその割合が増加する傾向を示した。
• フラックス限界（≤3×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹）付近では、観測された遮蔽割合がモデル予測を系統的に上回っている。これは、明るさが弱いSバンド源に対してHバンドの上界限界が保守的であるためであり、その上界限界をゼロにした場合、この傾向は緩和される。