ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2022, том 48, № 12, с. 839-851

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА В ОБЛАСТИ ДЫРЫ ЛОКМАНА:

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ИСТОЧНИКОВ

¹Институт космических исследований РАН, Москва, Россия

²Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, Москва, Россия

³Казанский федеральный университет, Казань, Россия

⁴Институт астрофизики общества им. Макса Планка, Гархинг, Германия

Поступила в редакцию 15.11.2022 г.

После доработки 15.11.2022 г.; принята к публикации 15.11.2022 г.

Проведена классификация рентгеновских источников, зарегистрированных телескопом

СРГ/еРОЗИТА в глубоком обзоре области Дыры Локмана. Целью классификации было

разделение источников на галактические и внегалактические объекты. Для этого использованы

результаты выполненного нами ранее отождествления рентгеновских источников с оптическими

каталогами. Для классификации использовано отношение потоков F_x/F_o и информация об

оптической протяженности источника. В итоге из

6885

рентгеновских источников в каталоге

еРОЗИТА 357 были классифицированы как галактические,

5929 — внегалактические,

539 —

“бездомные”, т.е. не имеющие оптических партнеров в рассматриваемых оптических каталогах, а 60

остались неклассифицированными из-за недостаточной надежности данных оптической фотометрии.

Сделаны оценки точности и полноты отбора для внегалактических (99.9 и 98.9% соответственно)

и галактических (91.6 и 99.7%) источников. По результатам классификации построены кривые

подсчетов галактических и внегалактических источников в поле Дыры Локмана.

Ключевые слова: обзоры неба в рентгеновском диапазоне, Дыра Локмана, активные ядра галактик,

квазары, звезды активные в рентгеновском диапазоне, подсчеты источников.

DOI: 10.31857/S0320010822110031

1. ВВЕДЕНИЕ

2012; Колодзиг и др., 2013a,b). Телескоп ART-

XC исследует объекты жесткого рентгеновского

излучения (Мереминский и др., 2018, 2019).

Орбитальная рентгеновская обсерватория

Для исследования популяций объектов различ-

“Спектр-РГ” (СРГ) была запущена 13 июля 2019 г.

ных типов, детектируемых в рентгеновских обзо-

и в настоящий момент находится на гало-орбите

рах, прежде всего необходимо разделить объек-

вокруг точки либрации L2 системы Земля-Солнце

ты нашей Галактики (звезды, компактные объек-

(Сюняев и др., 2021). На борту обсерватории

ты) и внегалактические объекты (галактики, АЯГ,

работают два рентгеновских телескопа с оптикой

квазары). Задача усложняется тем, что данные о

косого падения — телескоп еРОЗИТА (Предель

расстояниях до рентгеновских объектов, как пра-

и др., 2021), чувствительный в диапазоне 0.2-

вило, недоступны (Сальвато и др., 2019). Поэто-

9.0 кэВ и телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского

му приходится использовать дополнительную мно-

(Павлинский и др.,

2021), чувствительный в

говолновую информацию (например, оптические

диапазоне 4-30 кэВ. По итогам четырехлетнего

спектры или фотометрию), чтобы определить, яв-

обзора всего неба телескоп еРОЗИТА задетек-

ляется ли источник галактическим или внегалак-

тирует на всем небе около

млн рентгенов-

тическим. Методы включают в себя диагностику

ских источников различной природы, тем самым

по спектральному распределению энергии (SED)

предоставив огромный объем данных для решения

(Сальвато и др., 2009; Марчеси и др., 2016), клас-

широкого спектра задач астрофизики и космологии

сификацию по положению на диаграммах цвет-

(Прокопенко и Гильфанов, 2009; Мерлони и др.,

звездная величина или цвет-цвет (Маккакаро и

др., 1988; Бруса и др., 2007, 2010; Ксю и др., 2011;

^*Электронный адрес: belveder@cosmos.ru

Чивано и др., 2012; Сальвато и др., 2018, 2022), а

839

840

БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ и др.

также идентификацию источников с собственным

2.2. Поиск оптических компаньонов

движением по данным Gaia или других астромет-

рентгеновских источников

рических миссий (Коллаборация Гая, 2016, 2022).

Важнейшим шагом, предшествующим класси-

Например, в работе Сальвато и др. (2022) для

фикации рентгеновских источников, является их

решения этой задачи используется многоуровне-

отождествление с оптическими объектами. Эта за-

вая схема, в которой основными факторами клас-

дача не является тривиальной, так как круг ошибок

сификации на галактические и внегалактические

рентгеновских источников может включать более

объекты являются протяженность объекта на оп-

одного оптического объекта, точное число зависит

тическом изображении, его собственное движение,

от глубины оптического каталога и положения на

а также соотношение между оптическими (grz),

небе. В качестве опорного оптического каталога

мы выбрали каталог DESI Legacy Imaging Surveys

инфракрасными (W₁) и рентгеновским потоками

DR9 (Дей и др., 2019, далее DESI LIS). Отож-

(0.5-2 кэВ). Отметим, что для калибровки схем

дествление рентгеновских источников еРОЗИТА

классификации необходимо, чтобы часть объектов

с оптическими объектами из каталога DESI LIS

имела известный класс с помощью спектроскопии

было проведено в работе Быков и др. (2022). Для

или других надежных методов.

этой цели была использована нейросетевая мо-

дель характеризации фотометрических признаков

Целью настоящей статьи является классифика-

ция точечных рентгеновских источников, задетек-

популяций оптических компаньонов рентгеновских

источников и оптических объектов поля в комбина-

тированных телескопом еРОЗИТА в ходе глубо-

ции с кодом NWAY (Сальвато и др., 2018). Алгорит-

кого обзора поля Дыры Локмана. Для классифи-

мы Nway основаны на байесовском формализме и

кации, помимо рентгеновских данных, мы исполь-

позволяют использовать для поиска компаньонов

зуем данные астрометрического спутника Gaia и

любую дополнительную (помимо позиционной и

данные фотометрического обзора DESI LIS. Наш

фотометрической) приорную информацию. В рабо-

метод отличается простотой интерпретации и в

те Быков и др. (2022) для этого были использованы

дальнейшем может быть использован для постро-

предсказания классификатора на основе нейрон-

ения более сложных алгоритмов классификации, в

ной сети, обученной на специально подготовлен-

том числе для данных рентгеновского обзора всего

ной выборке. В результате для каждого источника

неба.

СРГ/еРОЗИТА был найден наиболее вероятный

В разделе 2 мы описываем используемые дан-

оптический компаньон из каталога DESI LIS.

Для каждого рентгеновского источника в ка-

ные, в разделе 3 представлена выборка источ-

талоге Дыры Локмана приведен параметр p_any,

ников с надежной информацией о расстоянии, а

который характеризует наличие у него оптического

также наш алгоритм классификации источников,

компаньона (Быков и др., 2022). Чем ближе этот

расстояния до которых неизвестны. В разделе 4 мы

параметр к единице, тем надежнее утверждение

описываем и обсуждаем полученные результаты, в

о том, что рентгеновский источник имеет компа-

разделе 5 делаем заключение.

ньон в рассматриваемом оптическом каталоге, в

то время как объекты с низким p_any являются

В статье используются звездные величины си-

бездомными (hostless), т.е. в рассматриваемом

стемы AB.

оптическом каталоге компаньона не имеют. Следуя

рекомендации, данной в работе Быков и др. (2022),

мы выбрали верхнюю границу для классификации

2. ДАННЫЕ

источника как бездомного p_any,0 = 0.12. При таком

выборе порога p_any,0 539 источников (7.8%) клас-

2.1. Рентгеновские данные

сифицируются как бездомные. Их исследованию

будут посвящены последующие публикации. Далее

Глубокий обзор области Дыры Локмана с по-

мы будем исследовать источники, классифициро-

ванные как имеющие компаньон в каталоге DESI

мощью телескопа СРГ/еРОЗИТА был проведен в

LIS. Их полное число составляет 6346. Точность

октябре 2019 г. в ходе верификационных наблю-

классификации и выбор порога по p_any подробно

дений обсерватории СРГ. Характеристики обзора

обсуждаются в работе Быков и др. (2022).

и процедура построения каталога рентгеновских

источников и сам каталог приведены в работе

Гильфанова и др. (2022). Каталог рентгеновских

2.3. Фотометрические, астрометрические

и спектральные данные

источников включает 6885 источников c правдопо-

добием (DET_LIKE_0) > 10, что примерно соот-

Фотометрическая информация о компаньонах

ветствует значимости 4σ.

была взята из каталога DESI LIS. В этот каталог

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА

841

входят обзоры, выполненные на трех телескопах:

• pmra, собственное движение в направлении

BASS (в фильтрах g, r), MzLS (z) и DECaLS (g,

прямого восхождения;

r, z). Для области Дыры Локмана были исполь-

зованы данные BASS и MzLS, поскольку обзор

• pmdec, собственное движение в направле-

DECaLS в этой области не проводился. Все потоки

нии склонения;

были поправлены на межзвездное поглощение.

Информация о собственном движении объектов

• pm, полное собственное движение, pm =

была взята из каталога Gaia DR3 (далее Gaia,

√

Коллаборация Гая 2016, 2022).

= pmra² + pmdec²;

Для ∼1/3 рентгеновских источников имеется

спектральная информация. Для них мы использо-

• parallax, абсолютный звездный параллакс.

вали спектральную классификацию и красные сме-

щения из каталогов Sloan Digital Sky Survey DR16

(Аумада и др., 2020, далее SDSS) и The Million

Всего было найдено 338 галактических источников.

Quasars Catalogue¹ (Million Quasars Catalogue

По рекомендации команды DESI коррекция на

v7.5, Флэш и др., 2021, далее Milliquas). Каталог

собственное движение источников Гайа не прово-

SDSS DR16 является четвертым релизом четвер-

дилась из-за малой разницы (полгода) опорных

той фазы Слоановского цифрового обзора неба

(SDSS-IV). Каталог Milliquas является составным

эпох каталогов DESI и Gaia DR3 (Дастин Ланг,

и содержит информацию о квазарах и активных

команда DESI, частное сообщение).

ядрах галактик из различных источников, опуб-

ликованных вплоть до 30 апреля 2022 г. Допол-

На следующем шаге мы идентифицировали

нительно мы использовали базу данных Simbad

источники, для которых есть данные оптической

(Венгер и др., 2000), в которой также содержится

спектроскопии. Для этой цели мы использовали

информация, собранная из различных источников.

спектральные данные SDSS, Milliquas и базы

Отметим, что база данных Simbad не является

данных Simbad. Поиск совпадений проводился с

каталогом, и поэтому информация, полученная из

радиусом поиска 1^′′. В случае SDSS и Milliquas в

нее, будет иметь для нас пониженный приоритет по

кружке поиска оказалось не более одного источ-

сравнению с другими источниками.

ника. Для Simbad в 72 случаях в кружке поиска

оказалось два источника, в 21 случае — три. При

этом только четыре объекта с неоднозначными

3. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ

сопоставлениями в Simbad не были отождествлены

ИСТОЧНИКОВ

с каталогами Gaia, SDSS или Milliquas. Для этих

3.1. Отождествление с каталогом Gaia

объектов, как и в случае с Gaia, был выбран

и спектрометрическими каталогами

ближайший источник. Итоговая классификация

объектов проводилась со следующим приоритетом:

При классификации рентгеновских источников

Gaia, SDSS, Milliquas, Simbad. Это означает,

и для их отождествления в других каталогах мы

что в случае, если рассматриваемый объект не

использовали координаты их наиболее вероятных

был классифицирован как галактический, со-

оптических компаньонов из каталога DESI LIS.

гласно данным Gaia, то класс выставлялся в

Для классификации галактических объектов

соответствии с данными SDSS² (и так далее).

использована информация о параллаксах и соб-

Каталогу SDSS был отдан приоритет выше, чем

ственных движениях источников из каталога Gaia

DR3. Оптические компаньоны отождествлены с

Milliquas. Последний, хоть и содержит только

источниками Gaia, поиск проводился в пределах

надежные спектральные измерения, в свою очередь

составлен из каталогов, созданных различными

радиуса 0.5^′′. Партнер в каталоге Gaia был найден

авторами (т.е. методологически неоднороден). При

для 2475 объектов DESI LIS. Для 8 источников

в кружке поиска оказалось 2 источника Gaia, в

этом результат итоговой классификации меняется

этих случаях в качестве партнера выбирался бли-

несущественно при назначении каталогу Milliquas

жайший. Галактическими были классифицированы

более высокого приоритета, чем SDSS. Всего

источники, для которых отношение сигнала к шуму

таким образом были определены классы для

превысило 5 хотя бы для одного из следующих

2884 объектов из 6346.

параметров:

²Среди 144 галактик, найденных с помощью каталога

¹https://heasarc.gsfc.nasa.gov/W3Browse/all/

SDSS, 7 имели подкласс AGN. Такие объекты мы обо-

milliquas.html

значили как квазары.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

842

БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ и др.

GALACTIC

GALACTIC (non-Gaia)

3.0

EXTRAGAL (QSO)

EXTRAGAL (GALAXY)

UNKNOWN

2.5

EXTENDED SOURCES

2.0

1.5

1.0

0.5

1.0

lg(F_x/F_o)

Рис. 1. Диаграмма lg(Fx/Fo) — оптический цвет для точечных рентгеновских источников СРГ/еРОЗИТА в области

Дыры Локмана. По вертикальной оси отложена разность между звездными величинами DESI LIS в фильтрах r и z.

По горизонтальной оси отложен логарифм отношения рентгеновского потока в диапазоне 0.5-2 кэВ и оптического

потока DESI LIS в фильтре z. Объекты, классифицированные по данным спутника Гайа или результатам оптической

спектроскопии, изображены разными цветами, согласно легенде. Серым цветом обозначены объекты неизвестной

природы, черными кружками — оптически протяженные объекты. Большинство галактических объектов расположено в

левой части диаграммы (слева от границы, обозначенной сплошной вертикальной линией). Внегалактические объекты

расположены преимущественно в правой части диаграммы, однако некоторые из них проникают в левую часть и

концентрируются в треугольной области, ограниченной штриховой линией.

3.2. Диаграмма F_x/F_o-цвет

основе спектральных данных и информации о соб-

ственном движении, отмечены серыми кружками.

Для классификации остальных объектов мы ис-

Черными окружностями отмечены источники, ко-

торые являются протяженными согласно каталогу

следовали характеристики объектов с известным

DESI LIS (type = PSF).

классом. Из всех рассмотренных нами комбинаций

параметров наиболее информативным и интерес-

Из анализа рис. 1 можно сделать следующие

ным с точки зрения астрофизики оказался лога-

выводы:

рифм отношения рентгеновского (диапазон 0.5-

1. Видно, что галактические объекты (красные

2 кэВ) и оптического (в фильтре z) потоков в

кружки) находятся преимущественно в ле-

сочетании с оптическим цветом (r - z) и информа-

вой части этой диаграммы, в области низких

цией из DESI LIS об оптической протяженности

значений lg(F_x/F_o), а внегалактические (зе-

объекта.

леные и синие кружки) — справа. Это выра-

На рис. 1 рентгеновские источники нанесены

жение хорошо известного факта, что звезды

на плоскости lg(F_x/F_o)-оптический цвет (r - z).

в среднем имеют более низкие отношения

Объекты, природа которых подтверждена по из-

lg(F_x/F_o), чем АЯГ и квазары (Маккакаро

мерениям Gaia или по результатам оптической

и др., 1988; Марчеси и др., 2016; Сальвато

спектроскопии, обозначены разными цветами. Ис-

и др., 2018; Хасингер и др., 2021). Отметим,

точники, которые не удалось классифицировать на

что 57 галактических источников оказались

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА

843

GALACTIC

EXTRAGAL (QSO)

EXTRAGAL (GALAXY)

10²

UNKNOWN

lg(F_x/F_o)

Рис. 2. Распределения галактических (красная сплошная линия) и внегалактических (зеленая штрихпунктирная и синяя

штриховая для галактик и квазаров соответственно) источников по lg(Fx/Fo). Распределение источников без класса

показано пунктирной линией. Классификация источников проведена на основе данных каталога Gaia, спектральных

каталогов и базы данных Simbad, как описано в тексте. Видно, что отношение рентгеновского и оптического потоков

достаточно хорошо разделяет галактические источники и квазары. В то же время для разделения галактических

источников и галактик требуется дополнительная информация.

за нижней границей рис. 1. Все эти источни-

На рис. 1 эта область отмечена штриховой

ки ярче величины 15 в фильтре g и могут быть

линией в форме треугольника, однако видно,

пересвечены на изображениях DESI LIS,

что часть внегалактических объектов может

так что их цвет, определенный по данным

находиться и ниже обозначенной области.

DESI LIS, может быть искажен. Данные

Также видно, что упомянутая область рав-

Gaia однозначно указывают на их галакти-

номерно заполнена звездами: их плотность в

ческую природу, a возможные искажения их

ней не уменьшается по сравнению с другими

оптического цвета не оказывают влияние на

частями левой половины диаграммы.

результаты классификации источников.

Важно отметить, что большинство

(81%)

На рис.

приведены распределения по

неклассифицированных объектов в левой

lg(F_x/F_o) для галактических (красная сплош-

части диаграммы являются оптически про-

ная линия) и внегалактических (зеленая

тяженными, что свидетельствует об их

штрихпунктирная и синяя штриховая для

внегалактической природе. Это можно объ-

галактик и квазаров соответственно) ис-

яснить тем, что внегалактические объекты,

точников. На основе рис. 1 и 2 мы ввели

проникающие в левую часть диаграммы, —

условную границу lg(F_x/F_o) = -1.4, раз-

это, как правило, относительно близкие

галактики, которые сравнительно легко

деляющую звезды и квазары. Эта граница

разрешаются современными оптическими

показана на рис. 1 сплошной вертикальной

телескопами. Это иллюстрирует рис. 3, на

линией.

котором изображено распределение по крас-

ному смещению внегалактических объектов

2. Небольшая доля внегалактических объектов

из разных частей диаграммы lg(F_x/F_o)-

(в основном галактики³) проникают в левую

цвет.

часть графика в районе цвета r - z ∼ 0.5.

³Отметим, что рентгеновские источники еРОЗИТА, клас-

3. Небольшое число (24) галактических объ-

сифицированные как “галактика”, как правило, имеют

ектов расположены в правой части диа-

активное ядро низкой или умеренной светимости, так что

граммы lg(F_x/F_o)-цвет. Эти галактические

в оптическом диапазоне заметную роль играет излучение

объекты имеют высокие значения lg(F_x/F_o),

звездного населения. При этом их излучение в рентгенов-

ском диапазоне определяется аккрециeй на сверхмассив-

не характерные для звезд, и, по-видимому,

ную черную дыру.

являются катаклизмическими переменными

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

844

БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ и др.

All GALAXY

lg(F_x/F_o) <

1.4

10²

All QSO

lg(F_x/F_o) <

1.4

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Redshift

Рис. 3. Распределение по красному смещению внегалактических объектов из разных частей диаграммы рис. 1.

Распределение для галактик представлено на верхней панели, для квазаров — на нижней. На обоих панелях линиями

обозначены распределения всех источников указанного типа из исследуемой выборки, закрашенными столбиками —

распределения соответствующих типов объектов из левой части диаграммы рис. 1 (lg(Fx/Fo) < -1.4). Видно, что в левую

часть диаграммы рис. 1 попадают объекты с малыми красными смещениями.

и/или активными двойными и т.п. Некото-

1. Галактические источники были классифици-

рые из них, расположенные вблизи границы,

рованы по данным Gaia (338) или по данным

могут быть звездами M-класса. Интерес-

спектральных каталогов (13).

но отметить, что половина (12) объектов с

высоким lg(F_x/F_o) были идентифицированы

2. Внегалактические источники были клас-

по спектроскопическим данным, а не по из-

сифицированы по данным спектральных

мерениям спутника Gaia. Подробному ис-

каталогов и Simbad (2339 квазаров, 194 га-

следованию и классификации этих объектов

лактики).

будет посвящена одна из следующих статей

цикла публикаций по Дыре Локмана.

Источники, которым не удалось назначить

класс на основе данных Gaia или спектраль-

ных каталогов, обрабатывались так:

3.3. Алгоритм классификации

3. Все оптически-протяженные источники (в

На основе анализа диаграммы на рис. 1 мы

каталоге DESI LIS type = PSF) были

сформулировали алгоритм классификации рентге-

классифицированы как внегалактические

новских источников каталога Дыры Локмана. От-

(1804 источника).

метим, во-первых, что данный алгоритм не претен-

дует на универсальность и подстроен под конкрет-

4. Точечные источники классифицировались в

ные параметры глубокого обзора области Дыры

соответствии с lg(F_x/F_o). При lg(F_x/F_o) >

Локмана с помощью телескопа еРОЗИТА. Во-

-1.4

источники классифицировались как

вторых, нашей целью на данном этапе является би-

внегалактические (1592 источника), а при

нарная классификация рентгеновских источников

в Дыре Локмана на галактические и внегалакти-

lg(F_x/F_o) < -1.4 как галактические (6 ис-

ческие источники. Обобщение алгоритма класси-

точников).

фикации, основанного на изложенных здесь идеях,

будет сделано в последующих работах.

Пункт 4 этой схемы основывается на том факте,

Схема классификации состоит из следующих

что внегалактические источники составляют более

четырех шагов:

99.9% от всех источников с известным классом

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА

845

EXTRAGAL (GALAXY)

EXTRAGAL (QSO)

GALACTIC

UNKNOWN

10²

EXTENDED SOURCES

g mag

Рис. 4. Распределения галактических и внегалактических источников, описанных в подразделе 3.3, по звездной

величине g. Галактические объекты (красная сплошная линия) в среднем ярче внегалактических (синяя и зеленая

линии для квазаров и галактик соответственно). Черной штрихпунктирной линией показано распределение оптически

протяженных источников. Неклассифицированные объекты (серая пунктирная линия) в среднем менее яркие, чем те,

которым удалось назначить класс на основе данных каталога Gaia, спектральных каталогов и Simbad.

справа от вертикальной линии на рис. 1 (т.е. с

Неклассифицированные объекты (серая пунктир-

lg(F_x/F_o) > -1.4), а 99.7% из всех точечных ис-

ная линия) в среднем менее яркие в оптике, чем

точников слева от этой линии являются галактиче-

те, которым удалось назначить класс на основе

скими. Отметим, что такая классификация приво-

данных каталога Gaia и спектральных каталогов

дит к “потере” галактических объектов с высоким

(подробнее см. подраздел 3.4).

lg(F_x/F_o), однако в рамках бинарной классифи-

Из 6885 источников каталога мы рассмотрели

кации, которая является нашей целью, эта потеря

6346 источника с компаньоном (p_any > 0.12). Для

незначительна, как это следует из приведенных

2884 из них класс удалось назначить на основе

выше чисел. Более подробно это обсуждается в

сторонних каталогов или базы данных Simbad (см.

следующем разделе. Количество протяженных и

подраздел 3.1). Из оставшихся 3462 объектов 60

точечных источников для каждого класса приведе-

имеют оптический поток в фильтре z в каталоге

но в табл. 1.

DESI LIS с отношением сигнал/шум < 3. Эти

На рис. 4 приведены распределения источников,

объекты не были классифицированы, так как от-

упомянутых в разных пунктах алгоритма клас-

ношение F_x/F_o для них мы считали неизвестным.

сификации, по звездной величине в фильтре g.

3402 источника были классифицированы по прави-

Таблица 1. Количество оптически протяженных и то-

Таблица 2. Количество внегалактических и галактиче-

чечных источников по классам

ских источников среди объектов, класс которым был

назначен на основе сторонних каталогов или базы дан-

ных Simbad (см. подраздел 3.1), а также классифициро-

Тип источника

Точечные Протяженные

ванных по правилам, описанным в подразделе 3.3

Галактический

333

Галактический (не по Gaia)

Способ клас-

Внегалакти-

Галакти-

сификации

ческие

Галактика

166

Квазар

1886

453

По каталогам (2884)

2533

351

Неклассифицированный

1626

1836

По правилам (3402)

3396

Примечание. Практически все галактические объекты — то-

чечные. Оптически протяженные галактические объекты об-

суждаются в подразделе 4.2.

Итого (6286)

5929

357

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

846

БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ и др.

лам, описанным выше. В табл. 2 приведено итого-

TP/(TP + FP), где TP (true positive) — число

вое количество внегалактических и галактических

правильно классифицированных внегалактических

источников.

источников. Аналогично вычисляются метрики для

галактических источников в качестве положитель-

ного класса.

3.4. Метрики качества классификации

На валидационной выборке нам удалось пра-

Для оценки качества классификации мы ис-

вильно классифицировать 2529 внегалактических

пользовали выборку из 2864 объектов, которым

объектов и 306 галактических. При этом 28 галак-

удалось назначить класс на основе каталога Gaia,

тических объектов были ошибочно классифициро-

спектральных каталогов и базы данных Simbad, и

ваны как внегалактические и 1 внегалактический

у которых оптический поток в фильтре z определен

объект — как галактический. Полнота и точность

надежно (далее — валидационная выборка).

таким образом составляют

Стоит отметить, однако, что составленная та-

ким образом валидационная выборка не является

• 99.96 ± 0.04 и 98.90 ± 0.2% соответственно

вполне репрезентативной, поскольку подвержена

при отборе внегалактических источников,

эффектам селекции. В первую очередь, это связано

с тем, что для спектроскопических программ SDSS

• 91.62 ± 0.5 и 99.67 ± 0.1% соответственно

выбирались объекты, удовлетворяющие опреде-

при отборе галактических источников.

ленным критериям в соответствии со специфи-

ческими целями этих наблюдательных программ.

Статистические неопределенности, приведенные

Кроме того, для спектроскопических наблюдений

выше, были посчитаны в предположении биноми-

обычно выбираются надежные (и, в среднем, бо-

ального распределения.

лее яркие) цели. По этой причине валидационная

Мы также повторили выше приведенные вы-

выборка содержит в среднем более яркие источ-

числения, разделив выборку на две половины и

ники (см. рис. 4). Для достижения необходимой

используя одну из них для выбора параметров

точности определения метрик качества требуются

алгоритма классификации, а другую — для опре-

валидационные выборки большого размера, в то же

деления метрик полноты и точности, и получили

время существует лишь ограниченное число источ-

результаты, аналогичные описанным выше.

ников массовой спектроскопической информации

В соответствии с обсуждением в предыдущем

для большого числа объектов. Поэтому составле-

подразделе (см. обсуждение после п. 4 класси-

ние репрезентативной валидационной выборки яв-

фикационной схемы), 28 из 29 неправильно клас-

ляется общей трудностью, с которой сталкиваются

сифицированных объектов приходятся на случаи,

создатели методов классификации объектов, эта

задача выходит за рамки данной статьи.

когда галактический объект ошибочно классифи-

цируется как внегалактический. Среди них ока-

Сформированная нами валидационная выбор-

зываются практически все (12 из 13) объекты из

ка позволяет провести оценку качества бинарной

валидационной выборки, принадлежность которых

классификации на галактические и внегалактиче-

к галактическим была определена не на основе дан-

ские объекты. Для этого к источникам из этой

ных Gaia (см. подраздел 4.2 и табл. 4). При этом все

выборки мы применили пункты 3 и 4 алгоритма

они имеют нехарактерно высокие значения F_x/F_o.

классификации так, как будто классы этих ис-

точников нам неизвестны. Результаты сравнения

предсказанных и реальных классов обсуждаются

4. OБСУЖДЕНИЕ

ниже.

Введем метрики полноты и точности бинарной

4.1. Кривые подсчетов log N-log S галактических

классификации. При классификации могут быть

и внегалактических источников

допущены ошибки двух типов: мы можем ошибочно

На рис. 5 представлены кривые подсчетов⁴ ис-

назвать внегалактический источник галактическим

точников, классифицированных как галактические

или наоборот. Обозначим внегалактические объ-

и внегалактические, а также полная кривая под-

екты как положительный (positive) класс. Тогда

счетов всех источников. Для сравнения на ри-

галактический объект, неправильно классифи-

сунке приведена кривая подсчетов, полученная по

цированный как внегалактический, даст лож-

данным спутника Chandra в работе Георгакакис

ноположительный (false positive, FP) результат.

и др. (2008). Для источников еРОЗИТА отсчеты

Галактический объект, классифицированный как

внегалактический — ложноотрицательный (false

⁴Напомним, что кривая подсчетов источников (так назы-

negative, FN) результат. Полнота для классифи-

ваемая кривая log N-log S) показывает зависимость от

кации внегалактических источников вычисляется

потока количества источников с потоком выше заданного,

по формуле TP/(TP

+ FN), а точность как

как правило, нормированное на единичный телесный угол.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА

847

10³

10²

GEORGAKAKIS08

TOTAL

0.1

EXTRAGALACTIC

GALACTIC

F_x

10¹⁵

10¹⁴

10¹³

10¹²

F_{x, 0.5}

Рис. 5. Кривая подсчетов источников log N-log S в области Дыры Локмана. Кривая нормирована на квадратный градус.

Красной штриховой линией показана кривая для всех точечных рентгеновских источников из каталога Гильфанова и

др. (2022). Синей и зеленой сплошной линией показаны кривые подсчетов для источников, классифицированных как

внегалактические и галактические соответственно. Пунктирной линией показана зависимость ∝F-1X, отнормированная

на количество галактических источников в области потоков ≳2 × 10-14 эрг/с/см². Полупрозрачные области вокруг

кривых показывают статистические неопределенности, посчитанные в предположении пуассоновского распределения.

Черной линией показана кривая подсчетов источников из работы Георгакакис и др. (2008).

были преобразованы в поток в диапазоне 0.5-

но может меняться в зависимости от местополо-

2.0 кэВ, откорректированный на межзвездное по-

жения на небе. Также хорошо видна разница в

глощение, предполагая медианное значение NH =

наклонах кривой подсчета для этих двух популя-

= 7 × 10¹⁹ см-2 и наклон степенного спектра Γ =

ций. Кривая подсчетов внегалактических источ-

= 1.9.

ников следует закону ∝F-3/2X, как и следовало

Коррекция неполноты кривых подсчетов, пред-

ожидать в этом интервале потоков, в то время как

ставленных на рис. 5, в данной работе не прово-

кривая подсчетов галактических источников более

дилась. Из кривой эффективной площади обзора

пологая и следует зависимости ∝F-1X. Отметим,

Дыры Локмана, приведенной в работе (Гильфанов

что такой наклон удивительно хорошо совпадает с

и др., готовится к печати, 2022), следует, что эф-

величиной, ожидаемой для популяции источников в

фекты неполноты начинают играть роль на потоке

диске. Однако такая аналогия, по всей видимости,

∼(2-3) × 10-14 эрг/с/см². На рис. 5 это выра-

здесь не применима.

жается в уплощении кривых подсчетов на более

В работе Георгакакис и др. (2008). не проводи-

низких потоках.

лось разделения источников на внегалактические и

Видно, что б ´ольшую часть источников, зареги-

галактические. Соответственно, их кривая подсче-

стрированных еРОЗИТА, составляют внегалакти-

тов хорошо согласуется в полной кривой подсчетов

ческие (АЯГ и квазары), а на долю галактических

еРОЗИТА. Так, плотность числа источников на

источников (звезды) на потоках ∼10-14 эрг/с/см²

потоках выше F_x > 2 × 10-14 составляет 33.2 ±

приходится ∼10%. Эта величина в целом характер-

± 1.1 и 33.6 ± 1.4 ист/град² по данным еРОЗИТА

на для полей на высоких Галактических широтах,

и Chandra соответственно.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

848

БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ и др.

Таблица 3. Галактические источники Gaia (обозначены красными кружками на рис. 1), имеющие lg(F_x/F_o) > -1.4

Источник

Класс SDSS Класс MILQ

Класс SIMBAD

Цвет lg(F_x/F_o)

SRGe J103906.0+553044

Star

-3.62

-1.37

SRGe J105633.1+583529

Star

-1.82

-1.30

SRGe J104522.1+555738

QSO

Radio Source

-0.56

-1.27

SRGe J103618.3+581246

-0.70

-1.21

SRGe J104007.7+595700

Long-Period Variable Candidate -2.56

-1.15

SRGe J103453.6+553633

1.81

-1.14

SRGe J105310.4+575437

1.76

-1.01

SRGe J103224.9+572814

QSO

Quasar

1.11

-0.93

SRGe J105848.1+592918

HII Region

-0.60

-0.82

SRGe J102411.6+561606

-0.36

-0.64

SRGe J110137.5+572926

Star

-2.87

0.03

SRGe J104325.5+563300

Cataclysmic Binary

-0.32

0.13

Примечание. Значения цветов меньше -1 могут быть искажены и обсуждаются в подразделе 3.2.

Таблица 4. Объекты, которые были классифицированы как галактические на основе информации из спектральных

каталогов или базы данных Simbad (не на основе данных Gaia)

Источник

Класс SDSS Подкласс SDSS Класс MILQ Класс SIMBAD Цвет lg(F_x/F_o)

1 SRGe J103049.0+563614

Star

-0.02

-0.27

2 SRGe J103606.5+573624

STAR

0.34

-0.08

3 SRGe J104809.2+581036

Star

-0.41

-3.59

4 SRGe J105106.4+552342

STAR

O9.5Iae

STAR

0.08

0.31

5 SRGe J105237.2+600836

Star

0.24

-0.03

6 SRGe J103256.5+574818

Star

0.78

0.53

7 SRGe J103511.4+600547

STAR

0.16

0.05

8 SRGe J105118.5+551934

STAR

O9.5Iae

STAR

Blue Object

-0.15

-0.12

9 SRGe J104636.2+555934

Star

-1.43

-0.01

10 SRGe J103426.1+575524

Star

0.46

11 SRGe J105432.9+590945

Star

0.7

-0.29

12 SRGe J103744.3+571156

STAR

O8e

QSO

BL Lac

0.49

0.43

13 SRGe J104429.8+595354

Star

0.14

-0.38

Примечание. Отмечены красными окружностями на рис. 1. Значения цветов меньше -1 могут быть искажены и обсуждаются

в подразделе 3.2.

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА

849

4.2. Пекулярные источники

назначить класс после отождествления с катало-

гами Gaia DR3, SDSS DR16, MILLIQUAS и базы

Здесь приведены списки объектов, которые по

данных Simbad. Для остальных источников клас-

тем или иным причинам являются необычными и

сификация была проведена на основе информации

были выявлены в процессе классификации рентге-

о протяженности объекта в оптическом диапазоне

новских источников в области Дыры Локмана.

и отношении F_x/F_o рентгеновского и оптическо-

В табл. 3 приведены галактические источники

го (в фильтре z) потоков (см. раздел 3). В ре-

Gaia, отобранные в подразделе 3.1, и лежащие

зультате 357 источников были классифицированы

на рис. 1 в области внегалактических объектов

как галактические и 5929 как внегалактические.

(lg(F_x/F_o) > -1.4). Эти галактические источ-

Сделаны оценки точности и полноты отбора для

ники имеют нехарактерно большое отношение

внегалактических (99.9 и 98.9% соответственно)

рентгеновского потока к оптическому и могут

и галактических (91.6 и 99.7%) источников. Для

являться кандидатами в катаклизмические пере-

60 источников, для которых фотометрия DESI

менные. Отдельно стоит отметить источник SRGe

LIS имела недостаточное отношение сигнал-шум,

J103224.9+572814: согласно каталогу Gaia, он

отождествление не производилось. Используя ре-

имеет значимое собственное движение

(12.5 ±

зультаты отождествления из работы Быков и др.

± 0.5 угл. млсек./год) и при этом является кваза-

(2022), 539 источников были классифицированы

ром (z = 2.43 ± 0.00014), согласно спектроскопи-

как “бездомные”, т.е. не имеющие оптических парт-

ческим каталогам. Подробнее о подобных объектах

неров в обзоре DESI LIS. Результаты этой работы

см., например, Cачей и др. (2022), Хамитов и др., в

будут использованы в последующих статьях для

печати (2022).

построения функции светимости АЯГ и квазаров в

поле Дыры Локмана.

В табл. 4 приведены объекты, которые были

классифицированы как галактические на осно-

Это исследование использовало результаты на-

вании спектральных каталогов или базы данных

блюдений телескопа eРОЗИТА на борту обсерва-

Simbad (без использования данных Gaia). Боль-

тории СРГ. Обсерватория СРГ изготовлена Рос-

шинство из них, так же как и объекты из табл. 3,

космосом в интересах Российской академии на-

имеют отношение lg(F_x/F_o), характерное для вне-

ук в лице Института космических исследований

галактических объектов.

(ИКИ) в рамках Российской федеральной науч-

Оптическая протяженность некоторых из га-

ной программы с участием Германского центра

лактические источников Gaia (отмечены красны-

авиации и космонавтики (DLR). Рентгеновский

ми окружностями с черной границей на рис. 1,

телескоп СРГ/eРОЗИТА изготовлен консорциу-

список приведен в табл. 5) может быть связана с

мом германских институтов во главе с Институтом

относительно большими значениями собственного

внеземной физики Общества им. Макса Планка

движения и, как следствие, смещением положе-

(MPE) при поддержке DLR. Космический аппа-

ния источника между оптическими снимками, сде-

рат СРГ спроектирован, изготовлен, запущен и

ланными в разное время. Собственные движения,

управляется НПО им. Лавочкина и его субпод-

в свою очередь, могут быть вызваны смещением

рядчиками. Прием научных данных осуществляет-

фотоцентра галактики, происходящего по причине,

ся комплексом антенн дальней космической связи

например, движения джетов или микролинзирова-

в Медвежьих озерах, Уссурийске и Байконуре и

ния. Также не могут быть полностью исключены

финансируется Роскосмосом. Использованные в

и погрешности астрометрических решений Gaia.

настоящей работе данные телескопа eРОЗИТА

Поиску и исследованию таких объектов в рентге-

обработаны с помощью программного обеспечения

новском каталоге еРОЗИТА посвящена недавняя

eSASS, разработанного германским консорциумом

работа Хамитов и др., в печати (2022).

eРОЗИТА и программного обеспечения для обра-

ботки и анализа данных, разработанного россий-

ским консорциумом телескопа еРОЗИТА.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Авторы благодарны за обсуждение работы чле-

Мы провели классификацию рентгеновских ис-

нам научной рабочей группы российского консор-

точников в каталоге источников СРГ/еРОЗИТА,

циума телескопа еРОЗИТА каталогу источников и

полученном по результатам обзора в области Дыры

по активным галактикам, квазарам и СПР, в част-

Локмана (Гильфанов и др., готовится к печати,

ности, И.Ф. Бикмаеву, Р.А. Буренину, А.В. Меще-

2022). Для этой цели мы использовали результаты

рякову и Г.А. Хорунжеву. С.Д. Быков благодарит

отождествления рентгеновских источников с объ-

за поддержку международную исследовательскую

ектами оптического каталога DESI LIS, проведен-

школу по астрофизике общества Макса План-

ного в работе Быков и др. (2022). Из 6885 рент-

ка (IMPRS) в Мюнхенском университете имени

геновских источнников 2884 источникам удалось

Людвига и Максимилиана. М.И. Бельведерский

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

850

БЕЛЬВЕДЕРСКИЙ и др.

Таблица 5. Галактические источники Gaia, являющиеся протяженными объектами согласно каталогу DESI LIS

Источник

GAIA PM (mas/yr)

GAIA PM SNR

lg(F_x/F_o)

SRGe J105146.0+554552

144.64

204.3

1.91

SRGe J104425.9+565729

24.21

69.3

1.46

SRGe J105603.0+595317

5.58

14.4

-0.24

SRGe J105130.7+573439

63.28

310.6

2.00

SRGe J102411.6+561606

9.38

602.8

-0.36

Примечание. Отмечены красными окружностями с черной границей на рис. 1.

и М.Р. Гильфанов благодарят поддержку гранта

10.

Дей и др. (A. Dey, D. J. Schlegel, D. Lang, R. Blum,

РНФ 21-12-00343. М.И. Бельведерский благо-

K. Burleigh, X. Fan, et al.), Astron. J. 157, 168 (2019).

дарит Дастина Ланга из коллаборации DESI за

11.

Коллаборация Гая (Gaia Collaboration, T. Prusti,

консультации.

J.H.J. de Bruijne, A.G.A. Brown, A. Vallenari,

C. Babusiaux, et al.), Astron. Astrophys. 595, A1

Программное обеспечение: NumPy (Харрис и

(2016).

др., 2020), Matplotlib (Хантер и др., 2007), SciPy

12.

Коллаборация Гая (Gaia Collaboration, A. Vallenari,

(Виртанен и др., 2020), Pandas (Команда pandas,

A.G.A. Brown, T. Prusti, J.H.J. de Bruijne, F. Arenou,

2020), AstroPy (Прайс-Вилан и др., 2018). В рабо-

et al.), arXiv e-prints, p. arXiv:2208.00211 (2022).

те была использована база данных SIMBAD, под-

13.

Колодзиг и др. (A. Kolodzig, M. Gilfanov, G. H ¨utsi,

держиваемая Центром астрономических данных в

and R. Sunyaev), Astron. Astrophys. 558, A90

Страсбурге (CDS⁵, Strasbourg, France).

(2013a).

14.

Колодзиг и др. (A. Kolodzig, M. Gilfanov,

R. Sunyaev, S. Sazonov, and M. Brusa), Astron.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Astrophys. 558, A89 (2013b).

1. Cачей и др. (J. Souchay, N. Secrest, S. Lambert,

15.

T. pandas development team, pandas-dev/pandas:

N. Zacharias, F. Taris, C. Barache, et al.), Astron.

Pandas (2020).

Astrophys. 660, A16 (2022).

16.

Ксю и др. (Y.Q. Xue, B. Luo, W.N. Brandt, F.E. Bauer,

2. Аумада и др. (R. Ahumada, C. A. Prieto, A. Almeida,

B.D. Lehmer, P.S. Broos, et al.), Astrophys. J. Suppl.

F. Anders, S. F. Anderson, B. H. Andrews, et al.),

Ser. 195, 10 (2011).

Astrophys. J. Suppl. Ser. 249, 3 (2020).

17.

Маккакаро и др. (T. Maccacaro, I.M. Gioia,

3. Бруса и др. (M. Brusa, G. Zamorani, A. Comastri,

A. Wolter, G. Zamorani, and J.T. Stocke), Astrophys.

G. Hasinger, N. Cappelluti, F. Civano, et al.),

J. 326, 680 (1988).

Astrophys. J. Suppl. Ser. 172, 353 (2007).

18.

Марчеси и др. (S. Marchesi, F. Civano, M. Elvis,

4. Бруса и др. (M. Brusa, F. Civano, A. Comastri,

M. Salvato, M. Brusa, A. Comastri, et al.), Astrophys.

T. Miyaji, M. Salvato, G. Zamorani, et al.), Astrophys.

J. 817, 34 (2016).

J. 716, 348 (2010).

19.

Мереминский и др. (I.A. Mereminskiy, E.V. Filip-

5. Быков и др. (Bykov), (2022).

pova, R.A. Burenin, S.Y. Sazonov, M.N. Pavlinsky,

6. Венгер и др. (M. Wenger, F. Ochsenbein, D. Egret,

A.Y. Tkachenko, et al.), Astronomy Letters 44, 67

P. Dubois, F. Bonnarel, S. Borde, et al.), Astron.

(2018).

Astrophys. Suppl. Ser. 143, 9 (2000).

20.

Мереминский и др. (I.A. Mereminskiy, R.A. Burenin,

7. Виртанен и др. (P. Virtanen, R. Gommers,

R.A. Krivonos, I.Y. Lapshov, M.N. Pavlinsky,

T.E. Oliphant, M. Haberland, T. Reddy,

S.Y. Sazonov, et al.), Astronomy Letters 45,

D. Cournapeau, et al.), Nature Methods 17, 261

(2019).

(2020).

21.

Мерлони и др. (A. Merloni, P. Predehl, W. Becker,

8. Георгакакис и др. (A. Georgakakis, K. Nandra,

H. B ¨ohringer, T. Boller, H. Brunner, et al.), arXiv e-

E.S. Laird, J. Aird, and M. Trichas), MNRAS 388,

prints, p. arXiv:1209.3114 (2012).

1205 (2008).

22.

Павлинский и др. (M. Pavlinsky, A. Tkachenko,

9. Гильфанов и др. (M. Gilfanov et al.), Письма в

V. Levin, N. Alexandrovich, V. Arefiev, V. Babyshkin,

Астрон. журн., готовится к печати (2023).

et al.), Astron. Astrophys. 650, A42 (2021).

23.

Прайс-Вилан и др. (Astropy Collaboration,

⁵https://simbad.u-strasbg.fr/simbad

A.M. Price-Whelan, B.M. Sip ˝ocz, H.M. G ¨unther,

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022

ОБЗОР СРГ/eРОЗИТА

851

P.L. Lim, S.M. Crawford, et al.), Astron. J. 156, 123

31. Флэш и др. (E. W. Flesch), arXiv e-prints,

(2018).

p. arXiv:2105.12985 (2021).

24. Предель и др. (P. Predehl, R. Andritschke, V. Arefiev,

V. Babyshkin, O. Batanov, W. Becker, et al.), Astron.

32. Хамитов и др. (I. Hamitov), Письма в Астрон. журн.

Astrophys. 647, A1 (2021).

48, 828 (2022).

25. Прокопенко и Гильфанов (I.G. Prokopenko and

M.R. Gilfanov), Astronomy Letters 35, 294 (2009).

33. Хантер и др. (J. D. Hunter), Computing in Science &

26. Сальвато и др. (M. Salvato, G. Hasinger, O. Ilbert,

Engineering 9, 90 (2007).

G. Zamorani, M. Brusa, N.Z. Scoville, et al.),

Astrophys. J. 690, 1250 (2009).

34. Харрис и др. (C.R. Harris, K.J. Millman, S.J. van

27. Сальвато и др. (M. Salvato, J. Buchner, T. Budav ´ari,

der Walt, R. Gommers, P. Virtanen, D. Cournapeau,

T. Dwelly, A. Merloni, M. Brusa, et al.), MNRAS 473,

et al.), Nature 585, 357 (2020).

4937 (2018).

28. Сальвато и др. (M. Salvato, O. Ilbert, and B. Hoyle),

35. Хасингер и др. (G. Hasinger, M. Freyberg, E.M. Hu,

Nature Astronomy 3, 212 (2019).

C.Z. Waters, P. Capak, A. Moneti, et al.), Astron.

29. Сальвато и др. (M. Salvato, J. Wolf, T. Dwelly,

Astrophys. 645, A95 (2021).

A. Georgakakis, M. Brusa, A. Merloni, et al.), Astron.

Astrophys. 661, A3 (2022).

36. Чивано и др. (F. Civano, M. Elvis, M. Brusa,

30. Сюняев и др. (R. Sunyaev, V. Arefiev, V. Babyshkin,

A. Comastri, M. Salvato, G. Zamorani, et al.),

A. Bogomolov, K. Borisov, M. Buntov, et al.), arXiv

e-prints, p. arXiv:2104.13267 (2021).

Astrophys. J. Suppl. Ser. 201, 30 (2012).

ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 48

№ 12

2022