[论文解读] The XMM-Newton serendipitous survey IV. The AXIS X-ray source counts and angular clustering

F. J. Carrera, J. Ebrero+15 more|ArXiv.org|Mar 16, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 41

一句话总结

本研究利用XMM-Newton偶然调查数据，覆盖4.8 deg²的天区，测量了四个能量 band（软、硬、XID、超硬）的X射线源数量和角向聚类。通过最大似然拟合和一种新颖的稳健聚类技术，发现中等深度的调查（如AXIS）可解析约85%的软XRB和硬XRB，其峰值贡献来自通量约为10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹的源，且在软和XID波段检测到99–99.9%显著性的角向聚类，暗示来自红移z ≤ 1.5的宇宙大尺度结构。

ABSTRACT

AXIS (An XMM-Newton International Survey) is a survey of 36 high Galactic latitude XMM-Newton observations covering 4.8 deg2 and containing 1433 serendipitous X-ray sources detected with 5-sigma significance. We have studied the X-ray source counts in four energy bands soft (0.5-2 keV), hard (2-10 keV), XID (0.5-4.5 keV) and ultra-hard (4.5-7.5 keV). We have combined this survey with shallower and deeper surveys. Our source counts results are compatible with most previous samples in the soft, XID, ultra-hard and hard bands. The fractions of the XRB resolved in the surveys used in this work are 87%, 85%, 60% and 25% in the soft, hard, XID and ultra-hard bands, respectively. Extrapolation of our source counts to zero flux are not enough to saturate the XRB intensity. Only galaxies and/or absorbed AGN may be able contribute the remaining unresolved XRB intensity. Our results are compatible, within the errors, with recent revisions of the XRB intensity in the soft and hard bands. The maximum fractional contribution to the XRB comes from fluxes within about a decade of the break in the source counts (~1e-14 cgs), reaching ~50% of the total in the soft and hard bands. Using only AXIS sources, we have studied the angular correlation in those bands using a novel robust technique. Angular clustering (widely distributed over the sky and not confined to a few deep fields) is detected at 99-99.9% significance in the soft and XID bands, with no detection in the hard and ultra-hard band (probably due to the smaller number of sources). We cannot confirm the detection of significantly stronger clustering in the hard-spectrum hard sources. Medium depth surveys such as AXIS are essential to determine the evolution of the X-ray emission in the Universe below 10 keV.

研究动机与目标

• 准确测定中等深度XMM-Newton调查中X射线源的数量和角向聚类，以解析10 keV以下的X射线背景（XRB）。
• 评估离散源对总XRB强度的贡献，特别是在硬波段和超硬波段，其中未解析的发射仍占显著比例。
• 检验X射线源的角向聚类是否反映宇宙大尺度结构，特别是针对中等通量源。
• 评估星系和吸收型AGN在未解析XRB强度中所起的作用，超出已解析部分的贡献。

提出的方法

• AXIS调查使用36个高银纬XMM-Newton观测，覆盖4.8 deg²，检测到1,433个偶然X射线源，显著性达5-σ。
• 通过最大似然技术拟合四个能量波段（0.5–2 keV，2–10 keV，0.5–4.5 keV，4.5–7.5 keV）的源数量，以建模log N–log S分布。
• 通过角相关函数W(θ)和基于泊松分布的统计检验分析角向聚类，以稳健地评估显著性。
• 将调查结果与浅层和深层X射线调查结合，外推源数量至零通量，以估算未解析XRB的贡献。
• 利用宇宙方差和源分离统计量检测大尺度结构，显著性通过随机子采样进行检验。
• 将研究结果与近期XRB强度修订结果进行比较，并评估光谱形状假设对已解析分数估计的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 中等深度X射线调查（如AXIS）解析了多少软XRB和硬XRB？与以往估计相比如何？
• RQ2 AXIS调查中检测到的X射线源角向聚类是否表明存在宇宙大尺度结构？这种聚类是否局限于深空场，还是在全天区广泛存在？
• RQ3 X射线源对XRB的最大分数贡献是多少？在何种通量水平下达到峰值？
• RQ4 未解析XRB强度是否可由离散源解释？还是需要额外的来自暗弱星系或吸收型AGN的发射？
• RQ5 是否存在更强聚类的证据，即在硬谱硬X射线源中，如先前所建议的那样？

主要发现

• AXIS调查解析了87%的软XRB和85%的硬XRB，XID波段为60%，超硬波段为25%。
• 将源数量外推至零通量无法达到XRB强度，表明星系和/或吸收型AGN的未解析发射必须有贡献。
• 对XRB的分数贡献峰值来自通量约为10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹的源，在软波段和硬波段贡献约50%。
• 使用稳健的基于泊松分布的方法，在软波段和XID波段检测到99–99.9%显著性的角向聚类，但在硬波段和超硬波段由于源数较少而未检测到。
• 聚类信号在全天区广泛存在，不限于深空场，表明其具有宇宙起源，来自红移z ≤ 1.5的源。
• 本研究未证实先前报告的在硬谱硬X射线源中存在更强聚类的现象，可能由于统计功效不足。