The Pan-STARRS1 z > 5.6 Quasar Survey. III. The z ≈ 6 Quasar Luminosity Function

Abstract

Abstract We present the z ≈ 6 type-1 quasar luminosity function (QLF), based on the Pan-STARRS1 (PS1) quasar survey. The PS1 sample includes 125 quasars at z ≈ 5.7–6.2, with −28 ≲ M 1450 ≲ −25. With the addition of 48 fainter quasars from the SHELLQs survey, we evaluate the z ≈ 6 QLF over −28 ≲ M 1450 ≲ −22. Adopting a double power law with an exponential evolution of the quasar density (Φ( z ) ∝ 10 k ( z −6) ; k = −0.7), we use a maximum likelihood method to model our data. We find a break magnitude of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>*</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>26.38</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.60</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.79</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi>mag</mml:mi> </mml:math> , a faint-end slope of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>1.70</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.19</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.29</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> , and a steep bright-end slope of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>β</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>3.84</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.21</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.63</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> . Based on our new QLF model, we determine the quasar comoving spatial density at z ≈ 6 to be <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>M</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>1450</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>26</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>1.16</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.12</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>cGpc</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> . In comparison with the literature, we find the quasar density to evolve with a constant value of k ≈ −0.7, from z ≈ 7 to z ≈ 4. Additionally, we derive an ionizing emissivity of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ϵ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>912</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mi>z</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>7.23</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.02</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1.65</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>22</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mi>erg</mml:mi> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>Hz</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>cMpc</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo>

Topics & Concepts