[论文解读] Active Galactic Nuclei in the mid-IR. Evolution and Contribution to the Cosmic Infrared Background

I. Matute, F. La Franca+4 more|ArXiv.org|Jan 16, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 74被引用 33

一句话总结

本研究利用ISO和IRAS数据，分析了类型-1和类型-2活动星系核（AGN）的中红外光度函数（LF），通过光度演化（LE）和光度依赖光度演化（LDLE）模型研究其演化特性。结果表明，类型-1 AGN的演化指数为kL ≈ 2.9，类型-2 AGN为kL ≈ 1.8–2.6，二者合计对宇宙红外背景（CIRB）的贡献为4–10%。Spitzer在24 μm波段、探测极限为0.01 mJy时，预计可探测到约1200 deg⁻²的类型-1 AGN和约1000 deg⁻²的类型-2 AGN，但因光学分类错误，类型-2 AGN的计数可能被低估。

ABSTRACT

We study the evolution of the luminosity function (LF) of type-1 and type-2 AGN in the mid-infrared, and derive their contribution to the Cosmic InfraRed Background (CIRB) and the expected deep source counts to be observed by Spitzer at 24 micron. The sample of type-1 and type-2 AGN was selected at 15 micron (ISO) and 12 micron (IRAS), and classified on the basis of their optical spectra. Local templates of type-1 and type-2 AGN have been used to derive the intrinsic 15 micron luminosities. We adopted an evolving smooth two-power law shape of the LF, whose parameters have been derived using an un-binned maximum likelihood method. We find that the LF of type-1 AGN is compatible with a pure luminosity evolution (L(z)=L(0)(1+z)^k_L) model where k_L~2.9. A small flattening of the faint slope of the LF with increasing redshift is favoured by the data. A similar evolutionary scenario is found for the type-2 population with a rate k_L ranging from ~1.8 to 2.6, depending significantly on the adopted mid-infrared spectral energy distribution. Also for type-2 AGN a flattening of the LF with increasing redshift is suggested by the data, possibly caused by the loss of a fraction of type-2 AGN hidden within the optically classified starburst and normal galaxies. The type-1 AGN contribution to the CIRB at 15 micron is (4.2-12.1) x 10e-11 W m^-2 sr^-1, while the type-2 AGN contribution is (5.5-11.0) x 10e-11 W m^-2 sr^-1. We expect that Spitzer will observe, down to a flux limit of S_24 = 0.01 mJy, a density of ~1200 deg^-2 type-1 and ~1000 deg^-2 type-2 optically classified AGN. The derived total contribution of the AGN galaxies to the CIRB (4-10%) and Spitzer counts should be considered as lower limits, because of a possible loss of type-2 sources caused by the optical classification.

研究动机与目标

• 利用中红外波段选源样本，测量类型-1和类型-2 AGN中红外光度函数（LF）的演化特性。
• 量化AGN对15 μm波段宇宙红外背景（CIRB）的贡献。
• 预测Spitzer在24 μm波段预期探测到的中红外选源、光学分类AGN的源密度计数。
• 评估光学分类对类型-2 AGN样本完整性的潜在影响，特别是遮挡源的丢失问题。

提出的方法

• 使用在15 μm（ISO）和12 μm（IRAS）波段选源的类型-1和类型-2 AGN样本，通过光学光谱进行分类。
• 应用本地光谱模板推导其固有15 μm光度，利用不同假设的中红外能谱分布（SED）进行K校正。
• 采用无分箱最大似然法，拟合具有演化特性的双幂律模型光度函数。
• 探索纯光度演化（PLE）和光度依赖光度演化（LDLE）模型，以描述AGN的演化行为。
• 通过在红移和频率上积分演化后的光度函数，计算CIRB的贡献。
• 通过将演化后的光度函数外推至0.01 mJy的流量极限，预测Spitzer在24 μm波段的源密度计数。

实验结果

研究问题

• RQ1 类型-1和类型-2 AGN的中红外光度函数如何随宇宙时空中演化？
• RQ2 类型-1和类型-2 AGN对15 μm波段宇宙红外背景（CIRB）的贡献是多少？
• RQ3 中红外选源、光学分类AGN在24 μm波段的预测源密度与X射线选源模型的预期相比如何？
• RQ4 观测到的类型-2 AGN密度在多大程度上受限于光学分类偏差？
• RQ5 遮挡（类型-2）AGN对总AGN光度函数和CIRB的相对贡献是多少？

主要发现

• 类型-1 AGN的光度函数最符合纯光度演化（PLE）模型，其光度演化指数kL ≈ 2.9。
• 类型-2 AGN表现出稍慢的演化，其kL值在约1.8至2.6之间，具体取决于所假设的中红外能谱分布（SED）。
• 数据略微支持在高红移时类型-1 LF的暗端斜率变平，暗示其演化可能超出简单PLE模型。
• 类型-1 AGN对15 μm波段CIRB的贡献估计为(4.2–12.1) × 10⁻¹¹ W m⁻² sr⁻¹，类型-2 AGN为(5.5–11.0) × 10⁻¹¹ W m⁻² sr⁻¹，二者合计占总CIRB的4–10%。
• Spitzer在24 μm波段、流量极限为0.01 mJy时，预计可探测到约1200 deg⁻²的类型-1 AGN和约1000 deg⁻²的类型-2 AGN，但这些计数可能低估了类型-2 AGN的实际数量，因存在分类错误。
• 与基于X射线的模型（如Silva et al. 2004）相比，24 μm波段的计数存在约5倍的差异（尤其在类型-2 AGN中），表明光学分类中遗漏了大量遮挡AGN。