[論文レビュー] A Lower Limit on Omega-Lambda Using Gravitational Lensing in the Hubble Deep Field

Asantha Cooray, Jean M. Quashnock+1 more|ArXiv.org|Jun 4, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 26被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、ハッブル・ディープフィールドにおける重力レンズ効果を用いて、宇宙定数を制約し、観測された強力レンズ効果を示す銀河の数に応じて、Ωₘ − Ω_Λ に対する95%信頼区間の下限を−0.44から−0.73の間で導出している。平坦宇宙においては、1つの妥当なレンズ効果を持つ銀河候補が存在する場合、Ω_Λ < 0.79（95%信頼水準）が得られ、これは超新星観測と整合的である。

ABSTRACT

We calculate the expected number of multiply-imaged galaxies in the Hubble Deep Field (HDF), using photometric redshift information for galaxies with $m_I &lt; 27$ that were detected in all four HDF passbands. A comparison of these expectations with the observed number of strongly lensed galaxies places a lower limit on the current value of $Ω_m-Ω_Λ$, where $Ω_m$ is the cosmological mass density of the universe and $Ω_Λ$ is the normalized cosmological constant. Based on current estimates of the HDF luminosity function and associated uncertainties in individual parameters, our 95% confidence lower limit on $Ω_m-Ω_Λ$ is between -0.44, if there are no strongly lensed galaxies in the HDF, and -0.73, if there are two strongly lensed galaxies in the HDF. If the only lensed galaxy in the HDF is the one presently viable candidate, then, in a flat universe ($Ω_m+Ω_Λ=1$), $Ω_Λ &lt; 0.79$ (95% C.L.). These lower limits are compatible with estimates based on high-redshift supernovae and with previous limits based on gravitational lensing.

研究の動機と目的

• ハッブル・ディープフィールドにおける強力レンズ効果を用いて、宇宙定数（Ω_Λ）を制約すること。
• 光度関数と赤方偏移の推定値に基づいて、多重像を持つ銀河の予想数を推定すること。
• 予測されたレンズ効果を持つ銀河の数と観測値を比較することで、Ωₘ − Ω_Λ に対する下限を導出すること。
• 光度関数および赤方偏移分布の不確実性が、宇宙論的制約に与える影響を評価すること。
• 高赤方偏移超新星からの独立した測定と整合性のあるレンズ効果に基づく制約を提供すること。

提案手法

• 全4つのハッブル・ディープフィールド通過帯で m_I < 27 の銀河について、光度赤方偏移を用いて源の赤方偏移分布を推定した。
• 予想される強力レンズ効果を持つ銀河の数をモデル化するために、ハッブル・ディープフィールドの光度関数を適用した。
• 標準レンズ理論を用いて、レンズ効果の断面積を計算し、レンズ銀河を単一等方的球体と仮定した。
• Ωₘ と Ω_Λ の関数として、多重像を持つ銀河の予想数を、さまざまな宇宙論的モデルで計算した。
• 観測されたレンズ効果を持つ銀河の数（0〜2個）を予測値と比較し、Ωₘ − Ω_Λ に対する信頼区間の下限を導出した。
• ベイズ的アプローチに基づく信頼区間を用いて、さまざまな仮定のもとで Ωₘ − Ω_Λ に対する95%下限を決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハッブル・ディープフィールドにおける強力レンズ効果を用いて、Ωₘ − Ω_Λ に対する下限をどの程度設定できるか？
• RQ2 観測された強力レンズ効果を持つ銀河の数が、Ω_Λ の制約にどのように影響するか？
• RQ3 レンズ効果を持つ銀河が検出されない場合、Ωₘ − Ω_Λ に対する95%信頼区間の下限は何か？
• RQ4 本研究の結果は、高赤方偏移超新星や他のレンズ効果研究からの制約とどのように比較できるか？
• RQ5 平坦宇宙を仮定し、1つの妥当なレンズ効果を持つ銀河候補が存在するとした場合、Ω_Λ の上限は何か？

主な発見

• ハッブル・ディープフィールドに強力レンズ効果を持つ銀河が観測されない場合、Ωₘ − Ω_Λ に対する95%信頼区間の下限は −0.44 である。
• 2つの強力レンズ効果を持つ銀河が検出された場合、下限は −0.73 に厳しくなる。
• 平坦宇宙（Ωₘ + Ω_Λ = 1）においては、1つの妥当なレンズ効果を持つ銀河候補が存在する場合、Ω_Λ < 0.79（95%信頼水準）が得られる。
• これらの制約は、高赤方偏移Ia型超新星から得られるものと整合的である。
• 光度関数および光度赤方偏移の推定値の不確実性に対しても、結果は頑健である。
• 本分析は、深紫外フィールドのレンズ効果統計を用いて宇宙論的パラメータを制約する手法の有効性を示している。