[论文解读] The Swift Serendipitous Survey in deep XRT GRB fields (SwiftFT) I. The X-ray catalog and number counts

Simonetta Puccetti, M. Capalbi+13 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 43被引用 36

一句话总结

本论文介绍了对伽马射线暴（GRB）场进行的Swift深XRT巡天（SwiftFT），这是一次大范围、中等深度的X射线巡天，利用374个Swift-XRT观测场，覆盖伽马射线暴位置。该巡天探测到9,387个点状X射线源，探测下限通量为7.2×10⁻¹⁶ erg cm⁻² s⁻¹，在0.5–2 keV和2–10 keV能段具有高统计显著性，并首次报告了高银纬场的高精度logN-logS关系，结果与以往巡天一致，揭示了37%的温和遮蔽活动星系核（AGN）。

ABSTRACT

We searched for X-ray serendipitous sources in over 370 Swift-XRT fields centered on gamma ray bursts detected between 2004 and 2008 and observed with total exposures ranging from 10 ks to over 1 Ms. This defines the Swift Serendipitous Survey in deep XRT GRB fields, which is quite broad compared to existing surveys (~33 square degrees) and medium depth, with a faintest flux limit of 7.2e-16 erg cm^-2 s^-1 in the 0.5 to 2 keV energy range. The survey has a high degree of uniformity thanks to the stable point spread function and small vignetting correction factors of the XRT, moreover is completely random on the sky as GRBs explode in totally unrelated parts of the sky. In this paper we present the sample and the X-ray number counts of the high Galactic-latitude sample, estimated with high statistics over a wide flux range (i.e., 7.2e-16 to ~5e-13 erg cm^-2 s^-1 in the 0.5-2 keV band and 3.4e-15 to ~6e-13 erg cm^-2 s^-1 in the 2-10 keV band). We detect 9387 point-like sources, while 7071 point-like sources are found at high Galactic-latitudes (i.e. >=20 deg). The large number of detected sources resulting from the combination of large area and deep flux limits make this survey a new important tool for investigating the evolution of AGN. In particular, the large area permits finding rare high-luminosity objects like QSO2, which are poorly sampled by other surveys, adding precious information for the luminosity function bright end. The high Galactic-latitude logN-logS relation is well determined over all the flux coverage, and it is nicely consistent with previous results at 1 sigma confidence level. By the hard X-ray color analysis, we find that the Swift Serendipitous Survey in deep XRT GRB fields samples relatively unobscured and mildly obscured AGN, with a fraction of obscured sources of ~37% (~15%) in the 2-10 (0.3-3 keV) band.

研究动机与目标

• 开展大范围、均匀的X射线巡天，以改进对活动星系核（AGN）的统计普查并研究其演化。
• 通过利用Swift GRB场的长时间曝光、偶然观测，克服现有X射线巡天中的宇宙学方差和通量极限偏差。
• 生成高保真度的X射线源星表，包含准确的通量极限和位置不确定度。
• 在宽通量范围内测量X射线源数密度（logN-logS），尤其关注此前采样不足的明亮端。
• 利用X射线色指数分析表征AGN的遮蔽特性，重点研究未遮蔽和温和遮蔽源群。

提出的方法

• 利用374个伽马射线暴（GRB）场的Swift-XRT观测，曝光时间从10 ks到超过1 Ms不等，实现深度且均匀的覆盖。
• 采用≤2×10⁻⁵的泊松概率作为检测阈值，在三个能量段（0.3–3 keV（S）、2–10 keV（H）和0.3–10 keV（F））中识别点状X射线源。
• 利用仪器响应函数和完备性估计校准通量极限，在0.5–2 keV能段实现50%完备性的通量极限为4.8×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹。
• 采用色指数分析对源进行分类，判断其为未遮蔽或遮蔽源，基于H段与S段通量的比值，以柱密度阈值（NH ≲ 10²³ cm⁻²）定义遮蔽。
• 在高银纬场（|b| ≥ 20°）上执行logN-logS分析，采用折返幂律模型拟合数据，以确定α₁、α₂和S₀参数。
• 将结果与理论模型（Gilli et al. 2007）对比，并与先前巡天（如C-COSMOS、ELAIS-S1）比较，以评估一致性并检测偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 高银纬场在0.5–2 keV和2–10 keV能段的X射线源数密度分布（logN-logS）是怎样的？与以往巡天相比有何异同？
• RQ2 SwiftFT巡天对遮蔽AGN的采样程度如何？遮蔽分数如何随通量和能量段变化？
• RQ3 与其它大范围X射线巡天相比，该巡天的通量极限和灵敏度均匀性如何？其在研究稀有、高光度AGN方面有何优势？
• RQ4 观测到的logN-logS关系是否与Gilli et al.（2007）的X射线背景合成模型一致，特别是在微弱通量和明亮端？
• RQ5 保守的H段通量上限对基于色指数的遮蔽分数有何影响，尤其是在通量极限附近？

主要发现

• 巡天探测到9,387个独立的点状X射线源，检测显著性阈值为≤2×10⁻⁵，其中7,071个位于高银纬区（|b| ≥ 20°）。
• 0.5–2 keV能段的50%完备性通量极限为4.8×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹，对应极限通量为7.2×10⁻¹⁶ erg cm⁻² s⁻¹，使其成为深度最大的大范围X射线巡天之一。
• 高银纬区的logN-logS关系在宽通量范围内（0.5–2 keV能段为7.2×10⁻¹⁶至∼5×10⁻¹³ erg cm⁻² s⁻¹）被良好约束，且在1σ置信水平下与以往巡天结果一致。
• X射线源数密度最佳拟合为折返幂律模型，0.5–2 keV能段的参数为α₁ = 1.76⁺⁰.¹₋₀.₀⁹ 和 α₂ = 0.51⁺⁰.⁰⁷₋₀.⁰⁹，断点通量S₀ = 6.4⁺¹.⁴₋₁.⁶×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹；2–10 keV能段的参数为α₁ = 1.93⁺⁰.¹³₋₀.¹⁰ 和 α₂ = 0.5⁺⁰.³₋₀.³，断点通量S₀ = 7.5⁺⁴.¹₋₁.⁹×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹。
• 通过色指数分析，H段约37%的源和S段约15%的源被分类为遮蔽AGN，且该比例随通量降低和能量升高而增加。
• 在通量极限附近（≤3×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹），观测到的遮蔽分数系统性高于模型预测值，可能源于对S段弱源的保守H段上限估计，当这些上限被设为零时，该偏差可被缓解。