[论文解读] The HELLAS2XMM survey. X. The bolometric output of luminous obscured quasars: The Spitzer perspective

F. Pozzi, C. Vignali+11 more|ArXiv.org|Apr 5, 2007

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 53被引用 28

一句话总结

本研究利用斯皮策望远镜的IRAC和MIPS 24 μm观测数据，对来自HELLAS2XMM巡天的八颗高红移、X射线选取得、遮挡的类星体的光谱能量分布（SED）进行建模。通过将核区尘埃包层辐射与宿主星系光分离，推导出其总辐射光度为10⁴⁵–10⁴⁷ erg s⁻¹，且爱丁顿比值较低（L/L_Edd < 0.1），表明这些明亮类星体处于低吸积、演化后期阶段，与质量较大的黑洞及已演化的椭圆星系宿主一致。

ABSTRACT

Aims: We aim at estimating the spectral energy distributions (SEDs) and the physical parameters related to the black holes harbored in eight high X-ray-to-optical (F_X/F_R&gt;10) obscured quasars at z&gt;0.9 selected in the 2--10 keV band from the HELLAS2XMM survey. Methods: We use IRAC and MIPS 24 micron observations, along with optical and Ks-band photometry, to obtain the SEDs of the sources. The observed SEDs are modeled using a combination of an elliptical template and torus emission (using the phenomenological templates of Silva et al. 2004) for six sources associated with passive galaxies; for two point-like sources, the empirical SEDs of red quasars are adopted. The bolometric luminosities and the M_BH-L_K relation are used to provide an estimate of the masses and Eddington ratios of the black holes residing in these AGN. Results: All of our sources are detected in the IRAC and MIPS (at 24 micron) bands. The SED modeling described above is in good agreement with the observed near- and mid-infrared data. The derived bolometric luminosities are in the range ~10^45-10^47 erg s^-1, and the median 2--10 keV bolometric correction is ~25, consistent with the widely adopted value derived by Elvis et al. (1994). For the objects with elliptical-like profiles in the K_s band, we derive high stellar masses (0.8-6.2)X10^11 Mo, black hole masses in the range (0.2-2.5)X10^9 Mo, and Eddington ratios L/L_Edd&lt;0.1, suggesting a low-accretion phase.

研究动机与目标

• 利用中红外斯皮策数据估算高红移、明亮、遮挡类星体的总辐射光度，克服宿主星系光污染的影响。
• 通过将核区（尘埃包层）辐射与恒星（宿主星系）辐射分离，对具有Ks波段椭圆星系形态的源进行SED建模。
• 利用M_BH–L_K关系推导黑洞质量与爱丁顿比值，同时考虑黑洞质量与恒星质量比（M_BH/M_star）随红移演化带来的不确定性。
• 检验广泛采用的2–10 keV总辐射光度校正因子（≈25）是否适用于遮挡、高光度类星体，并评估尘埃包层遮蔽因子与红外辐射非各向同性的影响。
• 判断这些遮挡类星体是否代表活动星系核演化的晚期阶段，即黑洞质量已接近最终值。

提出的方法

• 获取来自HELLAS2XMM巡天的八颗高X/O、X射线选取得、遮挡类星体的斯皮策IRAC（3.6–24 μm）和MIPS 24 μm测光数据。
• 采用两组分SED模型：基于Ks波段形态的椭圆星系模板，加上基于Silva等人（2004）模板的尘埃包层辐射组分，适用于具有扩展Ks轮廓的源。
• 对于Ks波段呈点源特征的源，应用红类星体的经验SED模板（Polletta等人，2006）拟合观测SED，避免假设未遮挡类星体模板。
• 将建模的核区SED外推至远红外波段，通过求和X射线光度（来自2–10 keV）与红外光度，校正尘埃包层遮蔽因子与非各向同性效应，计算总辐射光度。
• 通过SED拟合估算测光红移，并与近红外观测获得的光谱红移（两个可靠，一个暂定）进行交叉验证。
• 应用M_BH–L_K关系估算黑洞质量，探讨红移z ≈ 1.2与本地值之间M_BH/M_star比值演化不同情景的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移、明亮、遮挡类星体的总辐射光度是多少？其与普遍采用的~25的2–10 keV总辐射光度校正因子相比如何？
• RQ2 在具有椭圆星系形态Ks波段轮廓的遮挡类星体中，宿主星系恒星光是否主导近红外波段发射？如何有效分离核区尘埃包层辐射？
• RQ3 这些遮挡类星体的黑洞质量与爱丁顿比值是多少？是否表明其处于低吸积、演化后期阶段？
• RQ4 点源型源的SED与经验红类星体模板相比如何？是否支持其核区辐射机制与未遮挡类星体不同？
• RQ5 这些类星体的观测性质是否表明其处于演化晚期阶段，黑洞质量已接近最终值？

主要发现

• 所有八颗源在IRAC和MIPS 24 μm波段均被清晰探测到，证实中红外观测在揭示遮挡活动星系核方面的有效性。
• 对于具有椭圆星系形态Ks轮廓的源，恒星成分主导SED在3.6–4.5 μm的前几个IRAC波段，但24 μm发射完全由核区尘埃包层再辐射主导。
• 2–10 keV总辐射光度校正因子的中值为≈25，与Elvis等人（1994）广泛采用的值一致，验证了其在遮挡类星体中的适用性。
• 黑洞质量估算范围为(0.2–2.5) × 10⁹ M☉，恒星质量为(0.8–6.2) × 10¹¹ M☉，表明其宿主星系为质量较大的星系，红移z ≈ 1–2。
• 爱丁顿比值较低，L/L_Edd < 0.1（且λ ≈ 0.008–0.084），表明这些类星体处于低吸积阶段。
• 数据落在SDSS类星体爱丁顿比值分布的下限区域，表明HELLAS2XMM选取得、光学暗淡、遮挡类星体探测的是与明亮、高吸积SDSS类星体不同的、更晚期的演化阶段。