[论文解读] The ASCA Medium Sensitivity Survey (the GIS Catalog Project): Source Counts and Evidence for Emerging Population of Hard Sources

Yoshihiro Ueda, Tadayuki Takahashi+3 more|ArXiv.org|Aug 12, 1999

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 15被引用 45

一句话总结

本论文首次公布了ASCA中等敏感度巡天（AMSS）的结果，利用106 deg²范围内的偶然X射线源探测，获得了迄今为止在0.7–7 keV和2–10 keV波段最精确的Log N–Log S关系。研究揭示了在低 flux（低于∼10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²）时硬X射线源显著涌现，谱指数从Γ ≈ 2.1硬化至Γ ≈ 1.6，解决了软 band 与硬 band 源计数之间的长期矛盾，并证实了吸收型AGN对宇宙X射线背景的贡献正在增加。

ABSTRACT

We present first results from the ASCA Medium Sensitivity Survey (AMSS; or the GIS catalog project). From the serendipitous fields amounting to 106 degE-2, we determined the Log N - Log S relations in the 0.7-7 keV and 2-10 keV bands with the best statistical accuracy obtained so far, over the flux range from 1 x 10E-11 to 5 x 10E-14 and 7 x 10E-14 erg sE-1 cmE-2, respectively. When the sources detected in the 0.7-7 keV band are divided into two subsamples with higher and lower spectral hardness, the former exhibits a significantly steeper slope than the latter at fluxes below ~10E-12 erg sE-1 cmE-2 (0.7-7 keV). The average spectrum of sources becomes continuously harder toward fainter fluxes, from a photon index of 2.1 in the 0.7-10 keV range at the flux of ~10E-11 to 1.6 at ~10E-13 erg sE-1 cmE-2 (0.7-7 keV). This is consistent with the comparison of source counts between the 2-10 keV and the 0.7-2 keV band, and solves the puzzle of their discrepancy reported previously. Our results demonstrate rapid emergence of hard X-ray sources with a decreasing flux from \~10E-12 to ~10E-13 erg sE-1 cmE-2 (2-10 keV).

研究动机与目标

• 在宽动态范围的 flux 范围内，以前所未有的统计精度测定0.7–7 keV和2–10 keV波段的Log N–Log S关系。
• 解决软（0.3–3.5 keV）与硬（2–10 keV）X射线波段源计数之间长期存在的矛盾，该矛盾曾暗示硬源过量，但未在涨落数据中体现。
• 研究X射线源随 flux 降低的谱演化特性，特别是低于∼10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻² 时硬谱源的出现。
• 为理解贡献于宇宙X射线背景（CXB）的X射线源群体提供稳健的统计基础，特别是吸收型AGN的作用。

提出的方法

• 利用覆盖106 deg²的369个ASCA GIS观测中的偶然源探测，选择|b| > 20°以最小化银河系污染。
• 通过将原始图像与能量和位置相关的XRT和GIS点扩散函数（PSF）进行交叉相关，实现源检测，随后采用二维最大似然拟合对源和背景成分进行建模。
• 应用筛选标准：|b| > 20°，每探测器计数率 < 0.8 c s⁻¹，曝光时间 > 5000 s，且拟合收敛的 reduced χ² < 1.7。
• 利用仪器响应和谱拟合计算0.7–7 keV和2–10 keV波段的 flux，对仪器效应和背景进行修正。
• 基于0.7–7 keV波段的硬度比，将源分类为硬谱和软谱子样本，以研究谱演化。
• 比较2–10 keV与0.7–2 keV波段的源计数，假设光子指数将软 band flux 转换为等效2–10 keV flux，以检验一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在宽 flux 范围内，软（0.7–7 keV）与硬（2–10 keV）波段的Log N–Log S关系如何比较？先前的矛盾可由何解释？
• RQ2 X射线源的谱演化特性如何随 flux 变化，特别是在低于∼10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻² 的低 flux 水平？
• RQ3 在低 flux 时，硬X射线源（尤其是吸收型AGN）对宇宙X射线背景的贡献程度如何？
• RQ4 为何涨落分析（如Ginga）显示谱指数更软（Γ ≈ 1.8），而该结果与软/硬 band 源计数差异所暗示的谱指数不一致？

主要发现

• 0.7–7 keV波段的Log N–Log S关系以迄今最佳的统计精度测得，覆盖的 flux 范围为1×10⁻¹¹至5×10⁻¹⁴ erg s⁻¹ cm⁻²。
• 2–10 keV波段的Log N–Log S关系同样以高精度测得，覆盖相同的 flux 范围，并在低 flux 时表现出显著的陡化趋势。
• 在 flux 低于∼10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²（0.7–7 keV）时，硬谱子样本的Log N–Log S斜率显著陡于软谱子样本，表明硬源快速涌现。
• X射线源的平均光子指数从∼10⁻¹¹ erg s⁻¹ cm⁻²（0.7–10 keV）时的Γ ≈ 2.1连续硬化至∼10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²（0.7–7 keV）时的Γ ≈ 1.6，证实了谱演化。
• 软（EMSS）与硬（Ginga）波段源计数之间的矛盾得以解决：AMSS在硬波段的源计数低于Ginga在S ∼ 4×10⁻¹³至1×10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²时的最佳拟合值，而软波段计数与ROSAT巡天（如RIXOS）一致，而非EMSS，原因在于EMSS存在银河系污染。
• 当假设光子指数为1.6时，硬波段与软波段在低 flux（S ∼ 10⁻¹³ erg s⁻¹ cm⁻²）时的源计数才一致，这与观测到的谱硬化一致，证实了新涌现的硬谱源群体正是宇宙X射线背景谱的来源。