[论文解读] Heavily obscured AGN with BeppoSAX, INTEGRAL, SWIFT, XMM and Chandra: prospects for Simbol-X

R. Della Ceca, P. Severgnini+7 more|ArXiv.org|Sep 19, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 5被引用 4

一句话总结

本文评估了当前在探测康普顿厚活跃星系核（CT AGN）方面面临的观测挑战，这类天体理论上应占被吸收AGN的一半左右，但至今仍大多未被探测到。通过模拟，本文表明，拟议的Simbol-X任务将在10 keV以上实现比以往任务高超过500倍的灵敏度，从而能够探测并详细分析红移z ~ 1.5以内的CT AGN，即使在通量低至10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹的水平下亦可实现。

ABSTRACT

According to the latest versions of synthesis modeling of the Cosmic X-ray Background, Compton Thick AGN should represent ~50% of the total absorbed AGN population. However, despite their importance in the cosmological context, only a few dozens of Compton Thick AGN have been found and studied so far. We will briefly review this topic and discuss the improvement in this field offered by the Simbol-X mission with its leap in sensitivity (E>10 keV) of more than a factor 500 with respect to previous X-ray missions.

研究动机与目标

• 填补当前对康普顿厚AGN观测知识的关键空白，这类天体理论上应占被吸收AGN的一半，但至今研究仍不充分。
• 评估现有X射线任务（BeppoSAX、INTEGRAL、Swift、XMM、Chandra）在探测CT AGN方面的局限性，原因在于其在10 keV以上能量段的灵敏度不足。
• 展示Simbol-X增强的灵敏度如何使探测和详细光谱表征CT AGN成为可能，涵盖宇宙时空中不同红移的源。
• 在不同通量水平下，提供对源探测和关键物理参数测量精度（如N_H、光度、铁Kα线参数）的定量预测。
• 识别Simbol-X的关键目标天体，包括已知的CT AGN、红外明亮星系和ULIRGs，以最大化科学产出。

提出的方法

• 模拟100 ksec的Simbol-X观测，针对具有不同本征光度（L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴³ 至 10⁴⁵ erg s⁻¹）和红移（z ~ 0.2 至 1.5）的CT AGN，以评估其可探测性。
• 为轻度和重度康普顿厚源建模X射线谱，纳入镜像反射特征和铁Kα发射线，以模拟可观测信号。
• 在不同通量条件（f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹¹ 至 10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹）下，估算MPD（MeV-peak探测器）和CZT（CdZnTe）仪器的净计数。
• 通过光谱拟合模拟，预测关键物理参数测量的精度：N_H、本征光度、铁线归一化和能量。
• 将模拟的源探测极限与宇宙X射线背景合成模型（如Gilli et al. 2007）的预测进行比较，估算可探测CT AGN的预期数量。
• 基于现有星表和巡天数据（如Spitzer、Herschel、IRAS）识别潜在目标源，以规划未来Simbol-X观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 在通量阈值为10⁻¹¹、10⁻¹²和10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹时，Simbol-X预计可探测到多少康普顿厚AGN？
• RQ2 在不同红移和通量水平下，Simbol-X对CT AGN的吸收柱密度（N_H）和本征光度的测量精度如何？
• RQ3 对于本征光度L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹的深度埋藏（重度康普顿厚）AGN，Simbol-X可探测和表征到多大红移？
• RQ4 哪些天体物理群体（如红外明亮星系、ULIRGs）最有可能成为Simbol-X发现新CT AGN的高潜力目标？
• RQ5 与以往任务相比，Simbol-X在10 keV以上的灵敏度如何促进对CT AGN群体的无偏普查？

主要发现

• 在|b| > 20°的天区，Simbol-X预计将在通量上限约10⁻¹¹ erg cm⁻² s⁻¹时探测到约40个康普顿厚AGN，与宇宙X射线背景合成模型一致。
• 对于通量f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹（z ~ 0.5时本征光度L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹的源），Simbol-X将积累约1500个MPD和约800个CZT净计数，使N_H和光度的测量精度分别达到约10%和20%。
• 在f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹（z ~ 1.5）时，Simbol-X将探测到L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹源的约350个MPD和约150个CZT净计数，使N_H的确定精度在20–40%之间，光度精度在2倍以内。
• 对于重度康普顿厚AGN（如NGC 1068型），Simbol-X可在100 ksec观测中探测到L₁₀₋₄₀keV ~ 10⁴⁵ erg s⁻¹的源，红移可达z ~ 0.5，积累约250个MPD和约100个CZT净计数。
• 基于XRB合成模型，Simbol-X预计可在通量上限约10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹时探测到约1500个康普顿厚AGN。
• 对于通量f₁₀₋₄₀keV ~ 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹的源，Simbol-X可实现铁Kα线能量和归一化的精确测量，精度分别约为百分之几和约40%。