[论文解读] The cosmological properties of AGN in the XMM-Newton Hard Bright Survey

R. Della Ceca, Caccianiga, A.+8 more|ArXiv.org|May 13, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 47被引用 4

一句话总结

本研究分析了XMM-Newton硬X射线明亮意外巡天（HBSS），以探究吸收与未吸收活动星系核（AGN）的宇宙学性质。研究发现，吸收AGN的比例随X射线光度增加而降低，支持辐射限制的尘埃环模型而非简单的统一模型，并通过与光学巡天的间接比较推导出康普顿厚AGN的X射线光度函数（XLF）。

ABSTRACT

(ABRIDGED) We investigate here the XLF of absorbed (Nh between 4E21 and E24 cm-2) and unabsorbed (Nh < 4E21 cm-2) AGN, the fraction of absorbed AGN as a function of Lx (and z), the intrinsic Nh distribution of the AGN population, and the XLF of Compton Thick (Nh > E24 cm-2) AGN. To carry out this investigation we have used the XMM-Newton Hard Bright Serendipitous Sample (HBSS) a complete sample of bright X-ray sources (fx > 7E-14 cgs) at high galactic latitude (|b| > 20 deg) selected in the 4.5-7.5 keV energy band. The HBSS sample is now almost completely identified (97% spectroscopic ID) and it can be safely used for a statistical investigation. The HBSS contains 62 AGN out of which 40 are unabsorbed (or marginally absorbed; Nh < 4E21 cm-2) and 22 are absorbed (Nh between 4E21 and E24 cm-2). Absorbed and unabsorbed AGN are characterized by two different XLF with the absorbed AGN population being described by a steeper XLF, if compared with the unabsorbed ones, at all luminosities. The intrinsic fraction F of absorbed AGN with L(2-10 keV) > 3E42 cgs is 0.57+/-0.11; we find that F decreases with the intrinsic luminosity, and probably, increases with the redshift. Our data are consistent with a flat Log Nh distribution for Nh between E20 and E24 cm-2. Finally, by comparing the results obtained here with those obtained using an optically selected sample of AGN we derive, in an indirect way, the XLF of Compton Thick AGN. The density ratio between Compton Thick AGN (Nh > E24 cm-2) and Compton Thin AGN (Nh < E24 cm-2) decreases from 1.08+/-0.44 at Lx E43 cgs to 0.23+/-0.15 at Lx E45 cgs.

研究动机与目标

• 确定在一个完整、硬X射线选源样本中未吸收与吸收AGN的X射线光度函数（XLF）。
• 测量吸收AGN的本征比例（NH在4×10²¹至10²⁴ cm⁻²之间）随光度与红移的变化。
• 约束AGN的本征NH分布，并评估其与宇宙X射线背景（CXB）产生模型的一致性。
• 通过与光学AGN样本的间接比较，推断康普顿厚AGN（NH ≥ 10²⁴ cm⁻²）的XLF。
• 检验简单统一AGN模型的有效性，以应对观测到的吸收比例与光度之间的负相关性。

提出的方法

• 利用XMM-Newton硬X射线明亮意外巡天（HBSS），该样本为完整、高银纬的明亮X射线源样本（fx ≥ 7×10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹），选自4.5–7.5 keV能段。
• 应用光谱红移与柱密度（NH）测量，将62个AGN分类为未吸收（NH < 4×10²¹ cm⁻²）或吸收（4×10²¹ ≤ NH ≤ 10²⁴ cm⁻²）。
• 对因光电吸收导致的选择性偏差进行校正，以推导本征比例F。
• 建模Log NH分布，并与本地硬X射线样本比较，评估其在10²⁰至10²⁴ cm⁻²之间的平坦度。
• 利用斯隆数字巡天（Simpson 2005）的光学AGN比例，通过光度函数匹配间接推断康普顿厚AGN的XLF。
• 分析遮蔽物质覆盖因子的光度演化，将结果与辐射限制尘埃环等理论模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 本征吸收AGN比例（NH在4×10²¹至10²⁴ cm⁻²之间）如何随X射线光度与红移变化？
• RQ2 AGN的本征NH分布形状如何？与本地硬X射线样本相比有何异同？
• RQ3 观测到的吸收比例与光度之间的负相关性是否与简单统一AGN模型一致？
• RQ4 康普顿厚AGN（NH ≥ 10²⁴ cm⁻²）的X射线光度函数如何？其是否通过光学AGN统计间接推断得出？
• RQ5 观测到的吸收比例趋势是否支持辐射限制或光度依赖的遮蔽物质覆盖因子？

主要发现

• 在LX ≥ 3×10⁴² erg s⁻¹时，吸收AGN的本征比例F为0.57 ± 0.11，且随光度增加而降低。
• F可能随红移增加，表明AGN遮蔽特性在宇宙时空中存在演化。
• Log NH分布从10²⁰至10²⁴ cm⁻²之间呈平坦分布，与本地硬X射线选源样本一致。
• 康普顿厚AGN的XLF最宜用双幂律函数描述，参数为γ₁ = 1.55，γ₂ = 2.61，log L⋆ = 44，log A_thick = -6.32。
• 康普顿厚与康普顿薄AGN的密度比Q从约10⁴³ erg s⁻¹时的1.08 ± 0.44下降至约10⁴⁵ erg s⁻¹时的0.23 ± 0.15。
• 观测到的吸收比例与光度之间的负相关性与简单统一AGN模型不一致，但与辐射限制尘埃环模型及其他涉及远距离分子气体盘的模型一致。