[论文解读] The XMM-Newton survey of the ELAIS-S1 field. I: Number counts, angular correlation function and X-ray spectral properties

Simonetta Puccetti, F. Fiore+17 more|ArXiv.org|Jul 6, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 52被引用 49

一句话总结

本文介绍了XMM-Newton对ELAIS-S1场的巡天，分析了478个探测到的源的X射线数目密度、角相关函数及光谱特性。研究发现，在软（S）和硬（H）X射线波段中均存在显著的聚类现象，相关长度分别为12.8–9.8 h⁻¹ Mpc（S波段）和17.9–13.4 h⁻¹ Mpc（H波段），表明存在强烈的大尺度结构相关性，特别是在z ≈ 0.4附近，且暗示在整个场内存在复杂且延伸的聚类模式。

ABSTRACT

We have surveyed with XMM-Newton the central ~0.6 deg2 region of the ELAIS-S1 field down to flux limits of ~5.5X10-16 cgs (0.5-2 keV, S band), ~2X10-15 cgs (2-10 keV, H band), and ~4X10-15 cgs (5-10 keV, HH band). We detect a total of 478 sources, 395 and 205 of which detected in the S and H bands respectively. We identified 7 clearly extended sources and estimated their redshift through X-ray spectral fits with thermal models. In four cases the redshift is consistent with z=0.4. We have computed the angular correlation function of the sources in the S and H bands, finding best fit correlation angles theta_0=5.2+/-3.8 arcsec and theta_0=12.8+/-7.8 arcsec respectively. A rough estimate of the present-day correlation length r_0 can be obtained inverting the Limber equation and assuming an appropriate redshift distribution dN/dz. The results range between 12.8 and 9.8 h-1 Mpc in the S band and between 17.9 and 13.4 h-1 Mpc in the H band, with 30-40% statistical errors, assuming either smooth redshift distributions or redshift distributions with spikes accounting for the presence of a structure at z=0.4. The relative density of the S band sources is higher near the clusters and groups at z~0.4 and extends toward East and toward South/West. This suggests that the structure is complex, with a size comparable to the full XMM-Newton field. Conversely, the highest relative source densities of the H band sources are located in the central-west region of the field.

研究动机与目标

• 通过X射线数目密度和活动星系核及星系的角聚类研究宇宙结构的演化。
• 利用XMM-Newton深度巡天数据，研究ELAIS-S1场中X射线源的聚类特性。
• 将X射线选源的活动星系核聚类与光学、红外及射电选源进行比较，以理解环境依赖性。
• 通过通量限制的X射线巡天评估遮蔽活动星系核在大尺度结构形成中的作用。
• 确定X射线源是否追踪高密度峰值或高红移宇宙中的大质量暗物质晕。

提出的方法

• 在ELAIS-S1场约0.6 deg²的区域开展了深度XMM-Newton巡天，通量极限分别为~5.5×10⁻¹⁶ erg cm⁻² s⁻¹（0.5–2 keV）、~2×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹（2–10 keV）和~4×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹（5–10 keV）。
• 识别出478个X射线源（包括7个扩展源），并通过X射线光谱拟合结合热模型估算红移。
• 计算S波段和H波段的角相关函数（ACF），拟合得到相关角分别为θ₀ = 5.2±3.8 arcsec 和 θ₀ = 12.8±7.8 arcsec。
• 使用红移分布（平滑或在z≈0.4处有尖峰）反演Limber方程，以h⁻¹ Mpc为单位估计现今的相关长度r₀。
• 使用完整和不完整的光谱红移样本（S波段87个，H波段49个）来优化r₀估计并评估红移演化。
• 绘制源空间密度相对于已知z≈0.4结构的分布，以研究空间聚类模式和大尺度结构对齐。

实验结果

研究问题

• RQ1 X射线源在ELAIS-S1场中的角聚类强度如何？其在软X射线和硬X射线波段之间有何差异？
• RQ2 X射线选源的活动星系核的本征相关长度r₀是多少？其如何依赖于红移分布的假设？
• RQ3 X射线源密度是否与已知的z≈0.4大尺度结构空间相关？如果是，其分布特征如何？
• RQ4 X射线活动星系核的聚类特性与相同红移下光学、红外或射电选源的星系和类星体相比如何？
• RQ5 X射线巡天在多大程度上追踪与其他波段相同的大型结构？这对活动星系核反馈和宇宙结构形成有何启示？

主要发现

• 角相关函数的最佳拟合相关角在软波段（0.5–2 keV）为θ₀ = 5.2±3.8 arcsec，在硬波段（2–10 keV）为θ₀ = 12.8±7.8 arcsec。
• 估计的现今相关长度r₀在软波段为12.8至9.8 h⁻¹ Mpc，在硬波段为17.9至13.4 h⁻¹ Mpc，统计误差为30–40%。
• 利用光谱红移数据，r₀估计值为9.8⁺².⁷₋₄.₃ h⁻¹ Mpc（S波段）和13.4⁺³.²₋₄.₆ h⁻¹ Mpc（H波段），与光学选源相比表现出更强的聚类性。
• S波段源密度在z≈0.4结构附近升高，并向东和西南方向延伸，表明存在贯穿整个XMM-Newton巡天区域的复杂大尺度结构。
• H波段源密度在西南和中西部区域达到峰值，其中一个峰值与S波段密度峰值重合，另一个则未与z≈0.4的扩展源相关。
• 相关长度与相同红移下的极红对象（r₀≈12±3 h⁻¹ Mpc）和明亮射电源（r₀≈14±3 h⁻¹ Mpc）相当，表明存在相似的大尺度环境相关性。