[论文解读] The XMM-Newton Serendipitous Survey. VI. The X-ray Luminosity Function

J. Ebrero, F. J. Carrera+7 more|ArXiv.org|Nov 10, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 68被引用 67

一句话总结

本研究基于XMM-Newton偶然调查及补充的深场/浅场调查，给出了软（0.5–2 keV）、硬（2–10 keV）和亚硬（4.5–7.5 keV）能段中吸收与非吸收活动星系核（AGN）的X射线光度函数（XLF）。Luminosity-Dependent Density Evolution（LDDE）模型最能描述数据，揭示高光度AGN形成更早（峰值红移z ~ 1.5），而低光度AGN则持续形成至更低红移，且由于光度依赖演化效应，亚硬能段的演化更为显著。

ABSTRACT

We present the X-ray luminosity function of AGN in three energy bands (Soft: 0.5-2 keV, Hard: 2-10 keV and Ultrahard: 4.5-7.5 keV). We have used the XMS survey along with other highly complete flux-limited deeper and shallower surveys for a total of 1009, 435 and 119 sources in the Soft, Hard and Ultrahard bands, respectively. We have modeled the intrinsic absorption of the Hard and Ultrahard sources (NH function) and computed the intrinsic X-ray luminosity function in all bands using a Maximum Likelihood fit technique to an analytical model. We find that the X-ray luminosity function (XLF) is best described by a Luminosity-Dependent Density Evolution (LDDE) model. Our results show a good overall agreement with previous results in the Hard band, although with slightly weaker evolution. Our model in the Soft band present slight discrepancies with other works in this band, the shape of our present day XLF being significantly flatter. We find faster evolution in the AGN detected in the Ultrahard band than those in the Hard band. The fraction of absorbed AGN in the Hard and Ultrahard bands is dependent on the X-ray luminosity. We find evidence of evolution of this fraction with redshift in the Hard band but not in the Ultrahard band, possibly due to the low statistics. Our best-fit XLF shows that the high-luminosity AGN are fully formed earlier than the less luminous AGN. The latter sources account for the vast majority of the accretion rate and mass density of the Universe, according to an anti-hierarchical black hole growth scenario.

研究动机与目标

• 准确测定活动星系核（AGN）的本征X射线光度函数（XLF），并考虑本征吸收和宇宙学演化的影响。
• 研究吸收AGN比例在不同能段中对X射线光度和红移的依赖关系。
• 检验Luminosity-Dependent Density Evolution（LDDE）模型是否优于纯光度演化（PLE）或纯密度演化（PDE）模型。
• 估算宇宙时空中吸积率密度和总黑洞质量密度，同时考虑遮蔽AGN群体的影响。
• 调和先前软X射线和硬X射线调查中XLF形状与演化速率的不一致，特别是软能段中的差异。

提出的方法

• 本研究使用XMM-Newton偶然调查及补充的通量有限调查，在软、硬和亚硬能段分别获得1,009、435和119个源的样本。
• 采用改进的$1/V_a$方法，并结合解析模型的极大似然拟合方法，无须分箱计算本征XLF。
• 对硬和亚硬能段源的本征吸收（$N_H$）函数进行建模，以校正遮蔽效应。
• 通过统计拟合优度标准，将LDDE模型与纯光度演化（PLE）和纯密度演化（PDE）模型进行对比检验。
• 利用XLF计算作为红移函数的共动吸积率密度和总黑洞质量密度。
• 将结果与先前研究（如Miyaji et al. 2000, Hasinger et al. 2005, La Franca et al. 2005）进行比较，评估一致性并解决不一致之处。

实验结果

研究问题

• RQ1 AGN的本征X射线光度函数在软、硬和亚硬能段如何变化？最佳拟合演化模型是什么？
• RQ2 吸收AGN比例对X射线光度和红移的依赖关系如何？该比例是否随宇宙时间演化？
• RQ3 为何亚硬能段XLF的演化强于硬能段？这是由于光度依赖演化还是样本偏差所致？
• RQ4 吸积率密度和总黑洞质量密度如何随红移演化？其结果是否与本地观测及Compton厚AGN贡献一致？
• RQ5 本研究在多大程度上解决了先前研究中软X射线能段XLF形状与演化速率的不一致？

主要发现

• Luminosity-Dependent Density Evolution（LDDE）模型在所有三个能段中均对XLF提供最佳拟合，优于PLE和PDE模型。
• 高光度AGN（log LX > 44）的共动密度峰值出现在z ~ 1.5，而低光度AGN（log LX < 44）的峰值出现在z ~ 0.7，表明更明亮的源形成更早。
• 吸收AGN（log NH > 22）的比例随X射线光度增加而降低，证实了AGN天体物理学中已知的趋势。
• 在硬能段，吸收AGN比例随红移演化；而在亚硬能段，未检测到显著演化，可能由于统计样本量较小。
• 亚硬能段XLF在截止红移以下的演化强于硬能段，可能由于模型未考虑光度依赖演化参数。
• 基于最佳拟合LDDE模型预测的本地黑洞质量密度与观测结果一致；与Marconi et al. (2004)的差异可通过遗漏Compton厚AGN解释，其对质量函数的贡献约为1.5倍。