[论文解读] X-ray sources in the 1.75 Ms Ultra Narrow Deep Field observed by XMM-Newton

M. Elías-Chávez, A. L. Longinotti+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 66被引用 3

一句话总结

本研究基于1.75 Ms的XMM-Newton观测，对以耀变体1ES 1553+113为中心的超深窄场进行了调查，检测到301个高显著性X射线点源（ML ≥ 6）。结合深度光学（GTC）和红外（WISE/2MASS）后续观测，识别出244个光学/红外对应体，其中204个被分类为活动星系核（AGNs），包括139个赛弗特星系和41个类星体，并推导出X射线光度、红移和流量比，显著提升了在深空、窄场X射线巡天中对暗弱、高红移AGN样本的了解。

ABSTRACT

In this work, we present the results of the survey carried out on one of the deepest X-ray fields observed by the XMM-Newton satellite. The 1.75 Ms Ultra Narrow Deep Field (XMM175UNDF) survey is made by 13 observations taken over 2 yr with a total exposure time of 1.75 Ms (1.372 Ms after flare-filtered) in a field of 30' × 30' centered around the blazar 1ES 1553+113. We stacked the 13 observations reaching flux limits of 4.03 × 10-16, 1.3 × 10-15, and 9.8 × 10-16erg s-1cm-2in the soft (0.2-2 keV), hard (2-12 keV), and full (0.2-12 keV) bands, respectively. Using a conservative threshold of Maximum Likelihood significance of ML ≥ 6, corresponding to 3s, we detected 301 point-sources for which we derived positions, fluxes in different bands, and hardness ratios. Thanks to an optical follow-up that was carried out using the 10.4m the Gran Telescopio Canarias on the same field in the u'g'r'i'z' bands, combined with WISE/2MASS IR data, we identified 244 optical/IR counterpart candidates for our X-ray sources and estimated their X-ray luminosities, redshift distribution, X-ray/ optical-X-ray/IR flux ratios, and absolute magnitudes. Finally, we divided this subsample into 40 non-active sources and 204 active galactic nuclei, of which 139 are classified as Seyfert galaxies and 41 as Quasars.

研究动机与目标

• 检测并表征XMM-Newton观测中最深X射线场之一中的暗弱X射线点源。
• 利用深度GTC和WISE/2MASS数据，识别X射线源的光学和红外对应体。
• 将X射线源分类为AGNs与非活动星系，并估算红移、光度和流量比。
• 增进对高红移、低光度区域中AGN群体特征及遮蔽AGN群体的理解。

提出的方法

• 在2年内进行13次XMM-Newton观测，总积分时间为1.75 Ms（剔除耀斑后为1.372 Ms），观测区域为1ES 1553+113周围的30′ × 30′天区。
• 采用最大似然显著性（ML ≥ 6，对应3σ）在软（0.2–2 keV）、硬（2–12 keV）和全（0.2–12 keV）能段检测到301个X射线点源。
• 利用10.4 m大加那利望远镜（GTC）在u′g′r′i′z′波段进行光学后续观测，以识别对应体。
• 结合GTC光学数据与WISE/2MASS红外数据，提升源关联与流量比分析的准确性。
• 应用似然比法将X射线源与光学/红外星表进行交叉匹配，并估算光谱红移。
• 利用GTC-OSIRIS R1000R阶梯光栅（波长范围5100–10000 Å，像素分辨率2.62 Å/pixel）对33个源获得光谱红移。

实验结果

研究问题

• RQ1 XMM-Newton 1.75 Ms超深窄场在检测暗弱X射线源方面的完整性和灵敏度如何？
• RQ2 有多少X射线源具有可靠的光学和红外对应体，多波段关联的成功率如何？
• RQ3 检测到的X射线源中，AGN所占比例是多少？在不同红移范围内，其分类（赛弗特 vs. 类星体）如何分布？
• RQ4 所检测AGN的X射线光度、流量比（X射线/光学与X射线/红外）及红移分布特征是什么？
• RQ5 33个源的光谱红移与光谱红移估计值相比如何？光谱红移训练集的准确性如何？

主要发现

• 巡天实现了4.03 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²（软带）、1.3 × 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²（硬带）和9.8 × 10⁻¹⁶ erg s⁻¹ cm⁻²（全带）的通量极限，能够探测到暗弱、高红移AGN。
• 共检测到301个X射线点源，显著性ML ≥ 6，确保3σ显著性阈值，具有高可靠性。
• 通过与GTC和WISE/2MASS数据交叉匹配，识别出244个光学/红外对应体候选体，显著提升了源的表征能力。
• 在244个对应体中，204个被分类为AGNs（其中139个为赛弗特星系，41个为类星体），表明该场中AGN比例较高。
• X射线光度范围从~10⁴² erg s⁻¹到~10⁴⁶ erg s⁻¹，最亮源的光度达到Lx ≈ 2.61 × 10⁴⁶ erg s⁻¹。
• 成功测量了33个源的光谱红移，其中XID150源测得z = 0.6621 ± 0.0001，且利用这些高精度测量验证了光谱红移训练集的可靠性。