[论文解读] XMM-Newton observation of the Lockman Hole II. Spectral analysis

V. Mainieri, J. Bergeron+6 more|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|Jul 8, 2002

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用 137

一句话总结

本研究对洛克曼洞场的98个XMM-Newton源进行了深度X射线光谱分析，重点研究了本征吸收和光谱指数。研究发现，平均光谱指数⟨Γ⟩ ≈ 2与吸收无关，而较暗源的光谱硬化主要归因于本征吸收的增加，识别出一个显著的遮挡活动星系核（AGN）群体，包括18个X射线选中的红序源（EROs）和六个L_X > 10^44 erg s⁻¹且log(N_H) > 22 cm⁻²的类型2类类星体候选体，其空间密度约为每平方度69个。

ABSTRACT

We present the results of the X-ray spectral analysis of the first deep X-ray survey with the XMM-Newton observatory during Performance Verification. We restrict the analysis to the sample of 98 sources with more than 70 net counts (flux limit in the [0.5-7] keV band of 1.6 10^{-15} erg cm^{-2} s^{-1}) of which 61 have redshift identification. We find no correlation between the spectral index Gamma and the intrinsic absorption column density N_H and, for both the Type-1 and Type-2 AGN populations, we obtain ~2. The progressive hardening of the mean X-ray source spectrum with decreasing flux is essentially due to an increase in intrinsic absorption. The marked separation between the two AGN populations in several diagnostics diagrams, involving X-ray colour, X-ray flux, optical/near IR colour and optical brightness, is also a consequence of different absorption column densities and enables the classification of optically faint obscured AGN. About 27% of the subsample with R-K' colour are EROs (R-K>5) and most of these 18 X-ray selected EROs contain anobscured AGN as revealed by their high X-ray-to-optical/near IR flux ratios. There are six sources in our sample with L_X[0.5-10]>10^44 erg s^{-1} and log(N_H)>10^22 cm^{-2}: which are likely Type-2 QSOs and we thus derive a density of ~69 objects of this class per square degree.

研究动机与目标

• 利用X射线光谱分析理解洛克曼洞场中暗弱X射线源的物理本质。
• 确定随着通量降低，X射线光谱逐渐变硬是否由本征吸收引起，或源于本征平坦的光谱。
• 利用X射线和光学/近红外诊断方法对遮挡AGN进行分类，特别是R−K′色指数和X射线与光学通量比。
• 识别并表征高光度、高度吸收的AGN，包括潜在的类型2类类星体。
• 评估宿主星系在遮挡与非遮挡AGN中对光学和近红外色指数的贡献程度。

提出的方法

• 对98个XMM-Newton EPIC-pn源进行光谱拟合，其在[0.5–7] keV能段的净计数数超过70个。
• 通过X射线能谱分布建模，测量光谱指数（Γ）和本征吸收柱密度（N_H）。
• 利用软硬比和X射线色-色图分离源群体。
• 与光学和近红外数据交叉识别，计算R−K′色指数和光学星等。
• 通过比较X射线与光学/近红外通量，利用高f_X/f_R比值识别遮挡AGN。
• 结合红移信息和演化轨迹，区分AGN与宿主星系对观测色指数的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的暗弱源X射线光谱硬化是否主要由本征吸收增加引起，而非本征平坦光谱？
• RQ2 AGN群体中，X射线光谱特性与光学及近红外色指数（特别是R−K′）之间有何相关性？
• RQ3 能否基于X射线和测光特性，可靠地将X射线选中的EROs（R−K′ ≥ 5）识别为遮挡AGN？
• RQ4 在深度XMM-Newton巡天中，高吸收、高光度的类型2类类星体（L_X > 10^44 erg s⁻¹，log(N_H) > 22 cm⁻²）的空间密度是多少？
• RQ5 宿主星系光度和K校正对X射线源观测到的R−K′色指数影响有多大？

主要发现

• 平均光谱指数⟨Γ⟩ ≈ 2与本征吸收无关，表明暗源光谱硬化并非源于本征平坦光谱。
• 随着通量降低，平均X射线光谱逐渐变硬，主要由本征吸收增加引起，而非幂律谱斜率发生变化。
• 在R−K′色指数选中的样本中，约27%为EROs（R−K′ ≥ 5），其中大多数（共18个）为X射线选中的EROs，且为高X射线/光学/近红外通量比的遮挡AGN。
• 识别出六个源，其L_X[0.5–10] > 10^44 erg s⁻¹且log(N_H) > 22 cm⁻²，被认定为可能的类型2类类星体，其空间密度在通量极限1.6×10⁻¹⁵ erg cm⁻² s⁻¹下约为每平方度69个。
• 未识别的、光学暗弱的源（R > 24的约80%）和红色R−K′色指数（≥4的约90%）主要为吸收源，log(f_X[2–10]/f_R) > 1，表明其极可能为类型2类AGN。
• 光学光谱后续观测证实，大多数新探测到的暗XMM源红移z < 1，且为遮挡AGN；另有两例X射线明亮、光学正常的星系也表现出强烈的X射线吸收。