[论文解读] The contribution of AGNs to the X-ray background

A. Comastri, Gianluca Setti+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 1994

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 50

一句话总结

本文提出了一种活动星系核（AGNs）的统一模型，通过结合吸收与未吸收的AGN群体及其宇宙学演化，成功解释了5–100 keV能量范围内河外X射线背景（XRB）的辐射。该模型利用Boyle等人（1993）的X射线谱特性与XLF，精确拟合了XRB谱，并预测AGNs对ROSAT软X射线背景（1–2 keV）的贡献约为74%，解决了此前在谱形与源数密度方面存在的不一致问题。

ABSTRACT

We report the results of a detailed analysis of the contribution of various classes of AGNs to the extragalactic X-ray background (XRB). The model is based on the unification schemes of AGNs and on their related X-ray spectral properties in the light of recent observational results. The integrated emission from AGNs, when folded with an appropriate cosmological evolution law, can provide a good fit to the XRB over a wide energy range, from several to $\sim$ 100 keV, while it contributes only about 74\% of the ROSAT soft XRB. The model predictions have been checked against all available observational constraints from both hard and soft X-ray surveys (counts, redshift distributions and average X-ray source spectral properties).

研究动机与目标

• 解决长期以来个体AGN的陡峭X射线谱与河外X射线背景（XRB）平坦谱之间的矛盾。
• 检验在AGN统一模型框架下，XRB是否可由AGN的总辐射贡献所解释。
• 调和观测到的XRB谱、源数密度、红移分布以及软X射线与硬X射线波段的谱特性。
• 确定AGNs的本征柱密度（NH）分布所需形式，以匹配XRB并约束观测到的Sy 2/Sy 1星系比例。
• 评估AGNs的宇宙学演化特性，以及70 keV以上能量处是否存在谱截止或谱折点对拟合XRB的影响。

提出的方法

• 采用AGN统一模型，即赛弗特1型与2型星系仅因视线方向相对于尘埃包层的倾角不同而异。
• 以Boyle等人（1993）的X射线光度函数（XLF）作为AGN数量密度与光度分布的基准。
• 应用宇宙学演化规律，设定红移截止于z ≈ 2.0–2.5，以模拟吸收与未吸收AGNs的演化。
• 引入X射线谱特性：2–10 keV能段呈平坦幂律谱（α ≈ 0.7），并在~70 keV以上存在指数截止或谱折点。
• 通过卷积谱模板与宇宙学演化，对AGN群体的发射进行积分，构建XRB模型。
• 通过软X射线源数密度（ROSAT）、红移分布与平均源谱，检验模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在统一模型下，5至100 keV范围内的XRB谱是否可由AGN的总辐射贡献所解释？
• RQ2 为重现观测到的XRB与源数密度，AGNs所需的本征柱密度（NH）分布应为何种形式？
• RQ3 AGNs的宇宙学演化，特别是红移截止于z ≈ 2–2.5时，如何影响XRB的拟合结果？
• RQ4 是否需要引入两种不同的AGN群体（软X射线与硬X射线选源），其谱特性或演化行为存在差异？
• RQ5 该模型在多大程度上能预测AGNs对ROSAT 1–2 keV XRB贡献约74%的结果？

主要发现

• 该模型在5–100 keV能量范围内高度精确地再现了XRB谱，同时拟合了硬X射线峰值与软X射线源数密度。
• AGNs对ROSAT软X射线背景（1–2 keV）的贡献约为74%，与观测约束一致。
• 为匹配XRB与源数密度数据，模型要求存在一类高度吸收的AGNs，其本征柱密度范围为NH = 10^21 – 10^25 cm⁻²。
• 推导出的Sy 2与Sy 1星系比例（2.4–3.7）与观测值（如Huchra & Burg, 1992年测得的2.3 ± 0.7）一致，支持统一模型。
• 模型无需引入两类AGN群体；硬X射线选源的演化特性应与软X射线选源相同。
• 只要AGN谱在~70 keV以上存在指数截止或谱折点，该模型即保持稳健，此特性对拟合XRB峰值至关重要。