[论文解读] The HELLAS2XMM survey. V. Near-Infrared observations of X-ray sources with extreme X/O ratios

M. Mignoli, L. Pozzetti+13 more|ArXiv.org|Jan 15, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 62被引用 41

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/ISAAC在Ks波段的深度近红外观测，识别并表征了赫拉斯2XMM巡天中11个具有极端X射线与光学流量比（X/O）的硬X射线源。除一个源外，其余所有源在Ks波段均有明亮且极为红化的对应体（Ks < 19，R−K > 5），被归类为极红对象（EROs），其形态表明它们主要为质量大、红移高的椭圆星系，中心宿主为遮蔽（II型）类星体。关键发现是，约10%的最明亮活动星系核（LX > 10⁴⁴ erg s⁻¹）为遮蔽的、高红移椭圆星系宿主，这些宿主在光学和近红外巡天中被遗漏，表明高X/O X射线选源法是研究遮蔽活动星系核中大质量早期型宿主的强有力手段。

ABSTRACT

We present the results of deep near-infrared observations of 11 hard X-ray selected sources in the Hellas2XMM survey, with faint optical magnitude (R&gt;24) and high X-ray-to-optical flux ratio. All but one of the sources have been detected in the Ks band, with bright counterparts (Ks&lt;19) and red colors (R-K&gt;5), and therefore belong to the ERO population. A detailed analysis of the surface brightness profiles allows us to classify all of the NIR counterparts. There are 2 point-like objects, 7 elliptical galaxies and one source with a disky profile. None of the extended sources shows any evidence for the presence of a central unresolved object tracing the putative X-ray emitting AGN. Using both the R-K colors and the morphological information, we have estimated for all the sources a ``minimum photometric redshift'', ranging between 0.8 and 2.4; the elliptical hosts have zmin=0.9-1.4. We computed the X-ray properties using these redshifts: most of the sources have NH&gt;10^{22}, with unabsorbed X-ray luminosities up to 10^{45}erg s^{-1}. These objects therefore belong to the population of obscured (Type II) quasars and, from a statistical point of view, they turn out to be a non-negligible fraction (~10%) of the most luminous AGN. Selecting the high X/O sources for a follow-up study in the NIR is therefore a powerful technique aimed at studying at high redshift the hosts of Type II AGN. Overall, our results seem to indicate that the hosts are mostly elliptical galaxies at z~1, and that these near-IR bright objects would be among the most massive spheroids at these epochs.

研究动机与目标

• 识别并表征具有极端X/O比（fX/fopt > 10）的硬X射线源的宿主星系，这些源极有可能是高红移、遮蔽的活动星系核。
• 利用高分辨率近红外成像确定这些源的形态和光度特性。
• 基于所获得的红移和XMM-Newton数据的X射线流量，估算最小光度红移和固有X射线性质，以分类X射线发射的性质。
• 评估这些源在宇宙X射线背景中的作用及其作为遮蔽类星体群体的贡献。
• 评估高X/O X射线选源法在寻找光学/近红外巡天中难以探测的、具有遮蔽活动星系核的大质量高红移椭圆星系方面的有效性。

提出的方法

• 利用帕拉纳天文台甚大望远镜上的ISAAC仪器进行深度近红外成像，实现亚角秒级衍射受限成像，确保高形态保真度。
• 对近红外对应体的表面亮度分布使用Sersic、指数和点源模型进行拟合，以分类星系形态。
• 通过与已知类星体和星系模板比较，利用R−K色指数估算最小光度红移。
• 结合所获得的红移和XMM-Newton数据的X射线流量，计算X射线光度和固有吸收率（NH）。
• 通过与其他X射线巡天的统计比较，评估所观测ERO群体的稀有性和显著性。
• 综合X射线至近红外的多波段数据，实现源的交叉识别与表征。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有极端X/O比的硬X射线源的近红外对应体的形态特征是什么？
• RQ2 这些高X/O源的最小光度红移是多少？与已知活动星系核和星系群体相比有何差异？
• RQ3 这些源被遮蔽的程度如何？在最明亮活动星系核（LX > 10⁴⁴ erg s⁻¹）中，有多少比例因遮蔽而被光学和近红外巡天遗漏？
• RQ4 这些高X/O X射线源的宿主是否显示出为高红移、大质量、演化成熟的椭圆星系的迹象？
• RQ5 高X/O X射线选源法能否有效识别出在光学/近红外巡天中无法探测到的、位于大质量早期型宿主中的遮蔽类星体？

主要发现

• 样本中11个高X/O X射线源中有10个在Ks波段被探测到，Ks < 19，表明其具有明亮的近红外对应体。
• 所有探测到的源均极为红（R−K > 5），其中9个满足更严格的ERO标准（R−K > 5.3），表明其具有高红移和尘埃消光。
• 形态分析显示：两个源为点状，七个为椭圆（核球状）星系，仅一个源最佳拟合为指数分布（盘状形态）。
• 在所有扩展源中均未检测到中心未分辨的核成分，表明宿主星系中不存在未遮蔽的活动星系核。
• 扩展源的最小光度红移范围为zmin = 0.80 至 1.45，两个点状源与z ~ 2类星体一致。
• 除一个源外，其余所有源均表现出固有吸收（NH > 10²² cm⁻²），且未吸收2–10 keV X射线光度 ≥ 10⁴⁴ erg s⁻¹，确认其为II型类星体。