Swift X射线星系团巡天及其扩展

There are a few types of extended sources in the X-ray sky, the dominant type is galaxy cluster, which has been one of the most important topics of X-ray astronomy. X-ray cluster survey has been used as an efficient tool to constrain cosmological parameters and study dark matter and dark energy in the universe. The starting point of this project is the participation of the applicant in the Swift X-ray Cluster Survey (SWXCS), which makes use of the X-ray Telescope (XRT) on board of the Swift satellite, aiming at studying the nature of dark matter and dark energy through the measurement of the evolution of clusters of galaxies. This telescope, designed to observe gamma-ray burst (GRB), has a constant PSF across the field and a background much lower than other X-ray telescopes, making it very suitable for detection of extended X-ray sources. We search for serendipitous clusters in the XRT observed fields. The efficiency of this approach has been already shown in the paper Tundo et al. (2012), which presented a first sample of 72 clusters. The applicant will perform a software "EXSdetect" developed by ourselves (Liu et al. 2013), which is based on a non-commonly used method -- Voronoi tessellation combining with friend-of-friend, and can detect extended sources efficiently from X-ray images, on the XRT archive, in order to compile a large complete catalog of galaxy clusters. The resulting catalog will be useful in constraining cosmological parameters and studying the characteristics of clusters. We will collect information of our clusters by crosscorrelation with published optical, SZ catalogs, by X-ray spectral analysis, and by proposing new optical and X-ray observations (collaborating with foreign researchers). Eventually this catalog can be used to put constraints on cosmological parameters. We will also update the software "EXSdetect", to use it in other respects, such as detecting high-redshift clusters in Chandra data, or cluster sample compilation in eROSITA data. Our aim is to make it a famous software which is widely used by X-ray astronomy community. Another extension is that we will search for interesting extended X-ray sources other than clusters, such as merging galaxies, merging clusters, X-ray jets.

在河外X射线源中，尺度可分辨的延展源有多种，虽然数目不多却具有独特的科学意义，其中最重要的是星系团。X射线星系团一直是X射线天文学最重要的课题之一，X射线星系团巡天也是研究宇宙中暗物质和暗能量最有效的工具之一。本项目的出发点是意大利合作者发起的Swift X射线星系团巡天（SWXCS），申请人在博士期间为该巡天编写了一个高效、灵活的X射线星系团探测软件EXSdetect。本项目即围绕申请人编写的EXSdetect软件展开。我们会将该软件应用于Swift-XRT的全部档案数据，构建一个完备的星系团大样本，并利用现有的多波段数据做初步的分析。基于该样本，通过国际合作申请后续观测和深入研究可以给宇宙学参数提供独立的限制。我们还会进一步开发EXSdetect以便应用于其它卫星的数据，并深入挖掘XRT数据以寻找其它有意义的延展源。

X射线星系团巡天是研究星系团性质、宇宙大尺度结构、和宇宙学模型的最有力手段之一。我们改进了我们自己开发的EXSdetect软件，从Swift-XRT 8年积累的档案数据中探测构建了一个包含263个星系团的完备样本。在星系团探测之外，我们特别着重对样本选择函数的控制。数值模拟表明我们的样本具备高完备度和低污染水平。Swift-XRT与其它大型X射线卫星具有不同的镜面设计、CCD响应等特征。该工作是唯一一个利用Swift XRT做的星系团巡天，而且使用了我们自己开发的新算法，从设备到算法都特色鲜明，对星系团的性质做出了独立的限制。我们与现有的多个光学、X射线、SZ星系团样本做了交叉相关，收集到其中60%的源的红移。考虑数值模拟得到的样本选择函数之后，我们的样本得到了与前人工作高度一致的数密度分布。目前我们已经利用智利的Du Pont望远镜对该星系团样本的一部分做了多波段后续观测。..2016年CDFS完成7Ms曝光，达到了X射线巡天前所未有的深度，而且目前计划的下一代设备也无法达到。CDFS 7Ms巡天的意义不言而喻，为了能参与这个具有里程碑意义的项目，我们调整了工作计划，对CDFS天区中的AGN做了系统性的光谱分析。我们采取了最新的处理方法，给出了CDFS中AGN的最全面和准确的X射线光谱分析数据，包括AGN的谱指数，遮蔽柱密度，铁线的性质，康普顿厚的AGN的筛选等。基于这些数据和对CDFS观测细节的控制，我们改正了各种观测bias，比如巡天深度的不均匀性，Eddington bias, Malmquist bias等，最终得到了了AGN遮蔽柱密度的本征分布。我们验证了AGN遮蔽柱密度对光度的反相关，并给出可靠的结果证明AGN柱密度存在随着红移的演化。我们将AGN按照红移和光度拆分到一些格点中，以此成功分解了AGN柱密度对光度和对红移的依赖。..两项工作都是对新的X射线巡天数据做了系统性的挖掘和充分的分析，给出了极具价值的基础性的观测结果，对未来的研究有重要的意义。