[論文レビュー] X-ray sources in the 1.75 Ms Ultra Narrow Deep Field observed by XMM-Newton

M. Elías-Chávez, A. L. Longinotti+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 66被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、ブラークル1ES 1553+113を標高とする超狭帯域深宇宙フィールドを1.75 MsのXMM-Newton観測で調査し、ML ≥ 6（3σに相当）の高い有意水準で301個のX線点源を検出した。深度の高い光学（GTC）および赤外線（WISE/2MASS）の追跡観測により、244個の光学／赤外線対応源が特定され、そのうち204個がAGN（Seyfertが139個、クェーサーが41個を含む）に分類された。X線の等価放射度、赤方偏移、フラックス比が導出され、深さと狭帯域のX線サーベイにおいて、明るさが弱く高赤方偏移のAGNのサンプルが顕著に増強された。

ABSTRACT

In this work, we present the results of the survey carried out on one of the deepest X-ray fields observed by the XMM-Newton satellite. The 1.75 Ms Ultra Narrow Deep Field (XMM175UNDF) survey is made by 13 observations taken over 2 yr with a total exposure time of 1.75 Ms (1.372 Ms after flare-filtered) in a field of 30' × 30' centered around the blazar 1ES 1553+113. We stacked the 13 observations reaching flux limits of 4.03 × 10-16, 1.3 × 10-15, and 9.8 × 10-16erg s-1cm-2in the soft (0.2-2 keV), hard (2-12 keV), and full (0.2-12 keV) bands, respectively. Using a conservative threshold of Maximum Likelihood significance of ML ≥ 6, corresponding to 3s, we detected 301 point-sources for which we derived positions, fluxes in different bands, and hardness ratios. Thanks to an optical follow-up that was carried out using the 10.4m the Gran Telescopio Canarias on the same field in the u'g'r'i'z' bands, combined with WISE/2MASS IR data, we identified 244 optical/IR counterpart candidates for our X-ray sources and estimated their X-ray luminosities, redshift distribution, X-ray/ optical-X-ray/IR flux ratios, and absolute magnitudes. Finally, we divided this subsample into 40 non-active sources and 204 active galactic nuclei, of which 139 are classified as Seyfert galaxies and 41 as Quasars.

研究の動機と目的

• XMM-Newtonが観測した中で最も深いX線フィールドの1つにおいて、弱いX線点源を検出し特徴づけること。
• GTCおよびWISE/2MASSデータを用いて、X線源の光学および赤外線対応源を特定すること。
• X線源をAGNと非活動銀河に分類し、赤方偏移、放射度、フラックス比を推定すること。
• 高赤方偏移・低放射度領域におけるAGNの人口統計と遮蔽されたAGNの集団の理解を深めること。

提案手法

• 13回のXMM-Newton観測を2年間にわたり実施し、合計1.75 Ms（フレア除去後は1.372 Ms）の観測時間を得た。1ES 1553+113を標高とする30′ × 30′のフィールドを対象とした。
• 最大尤度有意水準（ML ≥ 6、3σに相当）を用いて、ソフトバンド（0.2–2 keV）、ハードバンド（2–12 keV）、フルバンド（0.2–12 keV）の各バンドで301個のX線点源を検出。
• GTCの10.4 mグラン・テレスコピオ・カニアスを用い、u′g′r′i′z′バンドで光学追跡観測を実施し、対応源を特定。
• GTCの光学データとWISE/2MASSの赤外線データを統合し、源の関連付けとフラックス比分析を改善。
• 尤度比法を用いてX線源と光学／赤外線カタログをクロスマッチし、赤外線の赤方偏移を推定。
• GTC-OSIRIS R1000Rグリズム（5100–10000 Å、ピクセルあたり2.62 Åの分解能）を用いて33個の源のスペクトロスコピック赤方偏移を取得。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 XMM-Newton 1.75 Msの超狭帯域深宇宙フィールドは、弱いX線源を検出する際にどの程度の完全性と感度を達成しているか？
• RQ2 X線源の信頼できる光学および赤外線対応源はいくつあり、多波長連携の成功率はどの程度か？
• RQ3 検出されたX線源のうち、AGNである割合はどれくらいか？また、赤方偏移の範囲に応じてSeyfertとクェーサーにどのように分類されるか？
• RQ4 検出されたAGNのX線放射度、フラックス比（X線/光学およびX線/赤外線）、赤方偏移分布はそれぞれどのように分布しているか？
• RQ5 33個の源のスペクトロスコピック赤方偏移は、光度赤方偏移推定値と比較してどの程度の精度か？また、光度赤方偏移のトレーニングセットの妥当性はいかがであったか？

主な発見

• 検出限界は、ソフトバンドで4.03 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²、ハードバンドで1.3 × 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²、フルバンドで9.8 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²に達し、弱く高赤方偏移のAGNの検出が可能になった。
• ML ≥ 6を満たす301個のX線点源が検出され、3σの有意水準を満たし、高い信頼性が保証された。
• GTCおよびWISE/2MASSデータとのクロスマッチにより、合計244個の光学／赤外線対応源候補が特定され、源の特徴づけが顕著に向上した。
• 244個の対応源のうち204個がAGNに分類された（Seyfertが139個、クェーサーが41個を含む）。これは、このフィールドに高いAGN率が存在することを示している。
• X線放射度は約10⁴² erg s⁻¹から約10⁴⁶ erg s⁻¹の範囲をカバーし、最も明るい源ではLx ≈ 2.61 × 10⁴⁶ erg s⁻¹に達した。
• 33個の源のスペクトロスコピック赤方偏移が正常に測定され、そのうちXID150はz = 0.6621 ± 0.0001を示した。また、光度赤方偏移のトレーニングセットは、これらの高精度測定を用いて妥当性が検証された。