[论文解读] The ROSAT Deep Survey I. X-ray sources in the Lockman Field

G. Hasinger, R. Burg+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 1997

Astrophysical Phenomena and Observations被引用 12

一句话总结

本文基于ROSAT深空巡天在洛克曼场首次发布了完整的X射线源星表，利用PSPC和HRI数据检测到50个通量高于5.5 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹的源。研究推导出log(N)–log(S)函数，解析了70–80%的0.5–2 keV X射线背景，并表明源混淆限制了更深度的巡天，挑战了关于新暗弱X射线源族群存在的说法。

ABSTRACT

The ROSAT Deep Survey in the Lockman Hole is the most sensitive X-ray survey performed to date, encompassing an exposure time of 207 ksec with the PSPC and a total of 1.32 Msec with the HRI aboard ROSAT. Here we present the complete catalogue of 50 X-ray sources with PSPC fluxes (0.5--2 keV) above $ 5.5 imes 10^{-15} erg cm^{-2} s^{-1}$. The optical identifications are discussed in an accompanying paper (Schmidt et al., 1997). We also derive a new log(N)--log(S) function reaching a source density of $970 \pm 150 deg^{-2}$ at a limiting flux of $10^{-15} erg cm^{-2} s^{-1}$. At this level 70-80% of the 0.5--2 keV X-ray background is resolved into discrete sources. Utilizing extensive simulations of artificial PSPC and HRI fields we discuss in detail the effects of source confusion and incompleteness both on source counts and on optical identifications. Based on these simulations we set conservative limits on flux and on off-axis angles, which guarantee a high reliability of the catalogue. We also present simulations of shallower fields and show that surveys, which are based on PSPC exposures longer than 50 ksec, become severely confusion limited typically a factor of 2 above their $4σ$ detection threshold. This has consequences for recent claims of a possible new source population emerging at the faintest X-ray fluxes. Keywords: surveys -- cosmology: diffuse radiations -- X-rays: galaxies

研究动机与目标

• 利用ROSAT的位置敏感比例计数器（PSPC）和高分辨率成像仪（HRI）数据，在洛克曼场生成一份完整且可靠的X射线源星表。
• 推导出通量极限为10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹时的X射线源log(N)–log(S)函数。
• 评估源混淆和不完全性对深度X射线巡天中源计数和光学对应关系的影响。
• 确立保守的通量和离轴角限制，以确保源检测和识别的高可靠性。
• 基于深度巡天评估关于新暗弱X射线源族群的宣称的可靠性。

提出的方法

• 利用ROSAT的位置敏感比例计数器（PSPC）和高分辨率成像仪（HRI）进行深度X射线巡天，总曝光时间分别为207 ksec和1.32 Msec。
• 采用4σ检测阈值，识别0.5–2 keV能带中通量高于5.5 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹的X射线源。
• 对人工PSPC和HRI场进行大量模拟，以建模源混淆和不完全性的影响。
• 利用模拟结果推导出保守的通量和离轴角阈值，以最小化误报和误识别。
• 模拟较浅的场，以确定混淆效应成为主要限制的通量水平，通常约为4σ检测阈值的2倍。
• 从检测到的源计数中推导log(N)–log(S)函数，并与观测到的X射线背景进行比较，以评估源的解析程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用ROSAT PSPC和HRI在洛克曼场检测到的X射线源完整星表是什么？其通量和位置如何？
• RQ2 所检测到的源群体在多大程度上解析了0.5–2 keV的X射线背景？
• RQ3 源混淆和不完全性如何影响深度X射线巡天中的源计数和光学对应关系？
• RQ4 在深度X射线巡天中，混淆效应在何种通量水平下成为主导因素？这对新源族群的宣称有何影响？
• RQ5 确保源检测和光学识别高可靠性的保守通量和离轴角阈值是什么？

主要发现

• 该巡天检测到50个PSPC通量高于5.5 × 10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹的X射线源，形成一份完整且可靠的星表。
• log(N)–log(S)函数在通量极限为10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹时，源密度达到970 ± 150 deg⁻²。
• 在此通量水平下，70–80%的0.5–2 keV X射线背景被解析为离散源。
• 模拟结果表明，PSPC曝光时间超过50 ksec的巡天，其混淆效应在约4σ检测阈值2倍通量水平时即成为主要限制。
• 本研究确立了保守的通量和离轴角限制，确保了源检测和光学识别的高可靠性。
• 结果挑战了近期关于新暗弱X射线源族群的宣称，因为混淆效应很可能解释了最暗通量水平下观测到的过剩现象。