[论文解读] BASS XXX: Distribution Functions of DR2 Eddington-ratios, Black Hole Masses, and X-ray Luminosities

Tonima Tasnim Ananna, Anna K. Weigel+20 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 189被引用 63

一句话总结

本研究基于光谱完整的BASS DR2样本，首次直接观测到并校正了遮蔽型II型活动星系核（AGN）的黑洞质量函数（BHMF）与爱丁顿比分布函数（ERDF）。通过前向建模校正观测偏差，发现II型AGN的ERDF显著偏向较低的爱丁顿比，相较于I型AGN，支持辐射压力调控的统一模型，即辐射压力塑造了遮蔽结构。

ABSTRACT

We determine the low-redshift X-ray luminosity function (XLF), active black hole mass function (BHMF), and Eddington-ratio distribution function (ERDF) for both unobscured (Type 1) and obscured (Type 2) active galactic nuclei (AGN) using the unprecedented spectroscopic completeness of the BAT AGN Spectroscopic Survey (BASS) data release 2. In addition to a straightforward 1/Vmax approach, we also compute the intrinsic distributions, accounting for sample truncation by employing a forward modeling approach to recover the observed BHMF and ERDF. As previous BHMFs and ERDFs have been robustly determined only for samples of bright, broad-line (Type 1) AGNs and/or quasars, ours is the first directly observationally constrained BHMF and ERDF of Type 2 AGN. We find that after accounting for all observational biases, the intrinsic ERDF of Type 2 AGN is significantly skewed towards lower Eddington ratios than the intrinsic ERDF of Type 1 AGN. This result supports the radiation-regulated unification scenario, in which radiation pressure dictates the geometry of the dusty obscuring structure around an AGN. Calculating the ERDFs in two separate mass bins, we verify that the derived shape is consistent, validating the assumption that the ERDF (shape) is mass independent. We report the local AGN duty cycle as a function of mass and Eddington ratio, by comparing the BASS active BHMF with the local mass function for all SMBH. We also present the log N-log S of Swift-BAT 70-month sources.

研究动机与目标

• 校正观测偏差后，确定低红移AGN的X射线光度、黑洞质量与爱丁顿比的本征分布函数。
• 提供首个直接观测到的、经偏倚校正的II型AGN黑洞质量函数（BHMF）与爱丁顿比分布函数（ERDF），此前因遮蔽效应而难以获取。
• 通过比较I型与II型AGN的本征ERDF，检验辐射调控统一模型。
• 评估ERDF的质量依赖性，并计算不同质量与吸积率区间的本地AGN占空比。

提出的方法

• 利用红移范围为0.01 ≤ z ≤ 0.3的1668个AGN的光谱完整BASS DR2样本，确保AGN探测的高完整性。
• 采用前向建模方法，校正样本截断与观测偏差，尤其在低质量与低爱丁顿比区域。
• 使用修正的Schechter函数拟合AGN XLF，以及双Schechter函数拟合星系恒星质量函数，以建模数据。
• 结合1/Vmax与前向建模方法计算本征BHMF与ERDF，利用Emcee进行马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）误差传播。
• 通过卷积校正后的BHMF与ERDF重现观测XLF，验证结果的自洽性。
• 根据X射线遮蔽与光谱分类，将分析划分为I型与II型子样本。

实验结果

研究问题

• RQ1 校正观测偏差后，II型AGN的爱丁顿比本征分布为何？与I型AGN相比有何差异？
• RQ2 爱丁顿比分布函数（ERDF）的形状是否如许多模型所假设的那样与黑洞质量无关？
• RQ3 X射线光度函数（XLF）、BHMF与ERDF如何共同再现观测到的AGN群体？
• RQ4 本地超大质量黑洞中当前处于活动状态的比例是多少？该占空比如何随质量与吸积率变化？

主要发现

• II型AGN的本征ERDF显著偏向较低的爱丁顿比（log λE ≈ -1.657），相较于I型AGN（log λE ≈ -1.152），且拐点位置存在统计显著差异。
• 在两个不同的黑洞质量区间（log MBH ≈ 6.5–7.5 与 7.5–8.5）内，ERDF形状一致，证实BASS DR2样本中ERDF对质量不敏感。
• AGN的活跃分数（即log λE > -3的AGN占总黑洞质量函数的比例）在本地宇宙中为10–16%。
• 活跃超大质量黑洞的质量占比为本地总SMBH质量的6–10%，表明大多数SMBH目前处于休眠状态。
• 随着光度增加，康普顿薄AGN比例下降而康普顿厚AGN比例保持恒定，该趋势支持辐射调控统一模型。
• 校正后的BHMF与ERDF的卷积成功重现了观测XLF，验证了所推导分布函数的自洽性。