heavily obscured black holes に関する新しい知見
研究によると、多くの活動しているブラックホールはガスや埃に隠れているらしいよ。
― 1 分で読む
超巨大ブラックホール（SMBH）は、大きな銀河の中心にあるんだ。周りから物質を引き寄せたり、他のブラックホールと合体したりすることで成長していく。アクティブなとき、つまりガスや塵を吸い込んでいるときは、光の全スペクトルで明るく輝くよ。この明るさは周りの物質によって変わることもあって、時にはそれが視界を遮るから、直接見るのが難しくなることもあるんだ。
研究によると、アクティブ銀河核（AGN）-アクティブなブラックホールを持つ銀河の明るい中心のこと-の半分以上が塵に遮られている兆候を示しているんだ。従来の光学や近赤外線の方法だと、遮蔽がひどいAGNを見逃しちゃうことが多い。でも、中赤外線の技術を使うことで、そういうシャイなブラックホールを見つける能力が向上したんだよ、塵をすり抜けられるからね。
ブラックホールを研究するために、科学者たちはしばしばX線観測に頼るんだ。X線はこれらのブラックホールの周りのガスの量を明らかにするのに役立つから。でも、通常のX線調査では多くの重度遮蔽されたAGNが見逃されちゃう。だから、どのくらいのブラックホールが存在しているのかを正確に数えるのが難しいんだ。
研究の目的
この研究は、通常のX線観測を超えた重度遮蔽AGNの数を把握することで、より明確なイメージを提供することを目的としているんだ。中赤外線データとX線モデルを使って、遮蔽されたAGNの集団をよりよく理解しようとした。これらの源から期待されるX線光をシミュレートするモデルを作って、観測結果と比較したんだ。
データ収集
中赤外線の特性に基づいて540のAGNのサンプルを選んだよ。これらのソースは有名な調査からの光学データと照合された。各ソースは、ChandraやXMM-Newtonのような主要なX線望遠鏡によってすでに観測されたフィールドに位置していたんだ。面白いことに、これらのソースの約40%だけが検出可能なX線を持っていた。他の60%は遮蔽のために隠れている可能性が高いんだ。
分析のために、信頼できるデータが必要だった。すべてのフォトメトリック測定が強い信号対雑音比を持ち、十分なバンドが利用可能で、近くの明るい星によって汚染されていないことを確認した。選択したソースは、分析の一貫性を保つために特定の赤方偏移範囲内にある必要があったんだ。
X線放射の理解
各AGNをどのくらいのガスが遮蔽しているのかを把握するために、X線がこのガスにどのように影響されるかを理解する必要があった。専用のソフトウェアを使ってAGNからのX線放射とそれが周りの物質とどう相互作用するのかをモデル化したんだ。モデル内の特定のパラメータは、周囲のガスと塵のさまざまな側面を考慮していて、どのくらいの光が散乱され、どのくらいが吸収されるのかを捉えている。
分析からの結果
私たちのモデルから、多くのAGNが重度遮蔽されていることがわかったんだ。具体的には、中赤外線調査で選ばれたAGNの少なくとも半分が重度遮蔽されていて、通常なら存在を明らかにするX線が高いレベルのガスによって遮られていることを示唆している。この発見は以前の研究と一致していて、見えなかったより多くのブラックホールが宇宙に潜んでいることを示している。
また、私たちのモデルからの期待されるX線放射と実際の観測を比較したんだけど、特にハードX線の範囲で良い一致を見つけた。これは私たちのモデルが信頼できることを示している。でも、ソフトX線放射には食い違いが見られたから、もしかするとモデルがこれらのブラックホールからの光の反射を過大評価しているかもしれないね。
研究結果の意味
重度遮蔽されたAGNの高い割合は重要な意味を持っている。これは、多くのブラックホールが活発に成長しているけど、周りのガスや塵によって見えないということを示唆している。つまり、ブラックホールの成長や進化に関する理解を調整する必要があるかもしれないってこと。
観測された遮蔽されたAGNの増加は、より高い宇宙的吸収効率を示しているかもしれない。つまり、ブラックホールが以前に思っていたよりも効果的に成長している可能性があるんだ。もしかなりの数のブラックホールが実際に遮蔽されているなら、既存のブラックホールと銀河の進化モデルを見直す必要があるかもしれない。
銀河合併の役割
もう一つの興味深い側面は、銀河合併がブラックホールの活動に与える役割だね。合併はガスを銀河の中心に引き寄せることができ、その結果、そこにある超巨大ブラックホールの活動が増加するんだ。これによって、物質の流入によってブラックホールが重度遮蔽される期間が生まれることもある。
今後の研究では、これらの隠れたAGNの周りの銀河の形や構造をさらに調査することができるかもしれない。合併と遮蔽されたAGNの関係を理解することで、これらの巨大ブラックホールが時間とともにどのように進化していくのかについて大きな洞察が得られるかもしれないね。
結論
まとめると、私たちの研究は重度遮蔽されたAGNの存在を明らかにして、従来の調査で見逃されている多くの存在を示したんだ。この発見は、実際にはもっと多くのブラックホールが活発に餌を食べて進化していることを示唆している。中赤外線とX線の観測データを組み合わせることで、宇宙におけるAGNの真の集団をより正確に推定できるようになるんだ。
私たちの結果は、ブラックホールとその周囲の複雑な相互作用を探るために多波長データの使用を促進している。一緒に技術を洗練させて観測を広げていけば、ブラックホールの成長と進化、そしてそれらが住む銀河に与える影響をより深く理解できるようになるよ。これは単にブラックホールを数えることを超えて、既存の理論に挑戦し、研究者が宇宙を観察し理解する方法を見直すことを促すんだ。
タイトル: A High Fraction of Heavily X-ray Obscured Active Galactic Nuclei
概要: We present new estimates on the fraction of heavily X-ray obscured, Compton-thick (CT) active galactic nuclei (AGNs) out to a redshift of $z \leq$ 0.8. From a sample of 540 AGNs selected by mid-IR (MIR) properties in observed X-ray survey fields, we forward model the observed-to-intrinsic X-ray luminosity ratio ($R_{L_{\text{X}}}$) with a Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation to estimate the total fraction of CT AGNs ($f_{\text{CT}}$), many of which are missed in typical X-ray observations. We create model $N_{\text{H}}$ distributions and convert these to $R_{L_{\text{X}}}$ using a set of X-ray spectral models. We probe the posterior distribution of our models to infer the population of X-ray non-detected sources. From our simulation we estimate a CT fraction of $f_{\text{CT}}$ = $\text{0.555}^{+\text{0.037}}_{-\text{0.032}}$. We perform an X-ray stacking analysis for sources in Chandra X-ray Observatory fields and find that the expected soft (0.5-2 keV) and hard (2-7 keV) observed fluxes drawn from our model to be within 0.48 and 0.12 dex of our stacked fluxes, respectively. Our results suggests at least 50% of all MIR-selected AGNs, possibly more, are Compton-thick ($N_{\text{H}} \gtrsim$ 10$^{\text{24}}$ cm$^{-\text{2}}$), which is in excellent agreement with other recent work using independent methods. This work indicates that the total number of AGNs is higher than can be identified using X-ray observations alone, highlighting the importance of a multiwavelength approach. A high $f_{\text{CT}}$ also has implications for black hole (BH) accretion physics and supports models of BH and galaxy co-evolution that include periods of heavy obscuration.
著者: Christopher M. Carroll, Tonima T. Ananna, Ryan C. Hickox, Alberto Masini, Roberto J. Assef, Daniel Stern, Chien-Ting J. Chen, Lauranne Lanz
最終更新: 2023-03-15 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://arxiv.org/abs/2303.08813
ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2303.08813
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた arxiv に感謝します。