[论文解读] The Parkes quarter-Jansky flat-spectrum sample 3. Space density and evolution of QSOs

J. V. Wall, Carole Jackson+3 more|ArXiv.org|Aug 6, 2004

Astronomy and Astrophysical Research被引用 76

一句话总结

本文分析了帕克斯四分之一詹斯基平谱类星体样本，以研究空间密度与演化情况，采用模型无关的 $V_{\rm max}$ 检验确认在 $z>3$ 时类星体空间密度显著下降，显著性水平超过 $4\sigma$。结果表明，高红移截止现象是真实的，并非尘埃消光所致，射电噪类星体的演化模式与X射线及光学选类星体的演化模式高度一致。

ABSTRACT

We analyze the Parkes quarter-Jansky flat-spectrum sample of QSOs in terms of space density, including the redshift distribution, the radio luminosity function, and the evidence for a redshift cutoff. With regard to the luminosity function, we note the strong evolution in space density from the present day to epochs corresponding to redshifts ~ 1. We draw attention to a selection effect due to spread in spectral shape that may have misled other investigators to consider the apparent similarities in shape of luminosity functions in different redshift shells as evidence for luminosity evolution. To examine the evolution at redshifts beyond 3, we develop a model-independent method based on the V_max test using each object to predict expectation densities beyond z=3. With this we show that a diminution in space density at z > 3 is present at a significance level >4 sigma. We identify a severe bias in such determinations from using flux-density measurements at epochs significantly later than that of the finding survey. The form of the diminution is estimated, and is shown to be very similar to that found for QSOs selected in X-ray and optical wavebands. The diminution is also compared with the current estimates of star-formation evolution, with less conclusive results. In summary we suggest that the reionization epoch is little influenced by powerful flat-spectrum QSOs, and that dust obscuration does not play a major role in our view of the QSO population selected at radio, optical or X-ray wavelengths.

研究动机与目标

• 确定帕克斯四分之一詹斯基样本中平谱类星体的空间密度及其红移演化。
• 检验观测到的类星体空间密度在高红移处的截止是否真实，或是否为尘埃消光造成的伪影。
• 开发一种模型无关的方法，利用 $V_{\rm max}$ 检验评估 $z=3$ 以上的演化情况。
• 将射电噪类星体的演化与X射线及光学选类星体的演化以及恒星形成率进行比较。
• 评估射电噪类星体在再电离时期（$6<z<17$）的作用。

提出的方法

• 对样本中的每个类星体应用 $V_{\rm max}$ 检验，以在均匀空间密度假设下预测更高红移处应存在的源数。
• 采用无需假设光度演化或密度函数的模型自由、稳健的统计方法。
• 纳入样本中所有类星体，而不仅最明亮的源，以提高统计功效并减少偏差。
• 进行自 resampling 分析（1000 次重采样）以估计拟合演化曲线的不确定性。
• 将推导出的演化结果与X射线（钱德拉、XMM-Newton、ROSA T）和光学（SDSS）巡天结果进行比较。
• 评估非同时测量的流量密度数据的影响，识别其为严重偏差的主要来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的类星体空间密度在 $z>3$ 处的下降是否具有统计显著性且真实存在，还是选择效应所致？
• RQ2 射电噪类星体群体在高红移处的截止是否反映内在演化，还是尘埃消光所致？
• RQ3 射电噪类星体的演化与X射线及光学选类星体的演化有何异同？
• RQ4 类星体空间密度演化在多大程度上与恒星形成率演化一致？
• RQ5 考虑到其高光度及对星际介质的潜在影响，射电噪类星体在再电离时期（$6<z<17$）中扮演何种角色？

主要发现

• 利用 $V_{\rm max}$ 检验确认在 $z>3$ 时类星体空间密度显著下降，显著性水平超过 $4\sigma$。
• 射电噪类星体在高红移处的演化形式与X射线及光学选类星体中观测到的形式高度一致。
• 该下降并非由尘埃消光引起，因为射电选样本不受尘埃吸收影响。
• 射电噪类星体的空间密度从 $z=0$ 到 $z=1$ 迅速增加，在 $z=1$ 至 $z=2.5$ 之间趋于平坦，之后在 $z>3$ 时开始下降。
• 在 $z \sim 1.5$ 以上，演化模式与恒星形成率出现偏离：活动星系核空间密度急剧下降，而恒星形成率在 $z>6$ 时仍保持相对平坦。
• 非同时测量的流量密度数据引入严重偏差，可能抑制表观红移截止，凸显此类分析中及时数据的重要性。