[論文レビュー] A time-delay determination from VLA light curves of the CLASS gravitational lens B1600+434

L. V. E. Koopmans, A. G. de Bruyn+2 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 31, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、1998年2月から10月にかけての8.5-GHz VLA光曲線を用いて、重力レンズB1600+434の2つの像間の時間遅れを47⁺¹²₋₉日（95%信頼区間）として測定した。解析では、像Aの短期的flux変動が本質的源変動ではなくマイクロレンズ効果によるものであると特定し、等温モデルを用いたHubble定数の推定値H₀ = 57⁺¹⁴₋₁₁ km s⁻¹ Mpc⁻¹を得たが、レンズ質量プロファイルの勾配におけるデゲネラシーのため、系統的不確実性が精度を制限している。

ABSTRACT

We present Very Large Array (VLA) 8.5-GHz light curves of the two lens images of the Cosmic Lens All Sky Survey (CLASS) gravitational lens B1600+434. We find a nearly linear decrease of 18-19% in the flux densities of both lens images over a period of eight months (February-October) in 1998. Additionally, the brightest image A shows modulations up to 11% peak-to-peak on scales of days to weeks over a large part of the observing period. Image B varies significantly less on this time scale. We conclude that most of the short-term variability in image A is not intrinsic source variability, but is most likely caused by microlensing in the lens galaxy. The alternative, scintillation by the ionized Galactic ISM, is shown to be implausible based on its strong opposite frequency dependent behavior compared with results from multi-frequency WSRT monitoring observations (Koopmans & de Bruyn 1999). From these VLA light curves we determine a median time delay between the lens images of 47^{+5}_{-6} d (68%) or 47^{+12}_{-9} d (95%). We use two different methods to derive the time delay; both give the same result within the errors. We estimate an additional systematic error between -8 and +7 d. If the mass distribution of lens galaxy can be described by an isothermal model (Koopmans, de Bruyn & Jackson 1998), this time delay would give a value for the Hubble parameter, H_0=57^{+14}_{-11} (95% statistical) ^{+26}_{-15} (systematic) km/s/Mpc (Omega_m=1 and Omega_Lambda=0). Similarly, the Modified-Hubble-Profile mass model would give H_0=74^{+18}_{-15} (95% statistical) ^{+22}_{-22} (systematic) km/s/Mpc. For Omega_m=0.3 and Omega_Lambda=0.7, these values increase by 5.4%. ... (ABRIDGED)

研究の動機と目的

• CLASS重力レンズB1600+434の2つのレンズ像間の時間遅れを、電波光曲線を用いて特定すること。
• 観測された短期的flux変動の物理的起源が、本質的源変動か、外部要因（マイクロレンズ効果またはスキャントレーション）かを区別すること。
• 測定された時間遅れとレンズ質量モデルを用いてHubble定数H₀を推定し、質量プロファイル勾配のデゲネラシーを考慮すること。
• 像Aの急速なflux変動の原因として、マイクロレンズ効果と銀河間スキャントレーションのどちらが支配的かを評価すること。
• H₀が独立に既知である場合、この系がレンズ銀河のダークマターホールの径方向質量プロファイルを制約する可能性を評価すること。

提案手法

• 1998年2月から10月にかけて、8か月にわたり、VLAのAアレイおよびBアレイを用いてB1600+434の多波長8.5-GHzモニタリングを実施し、75回の観測エポックを取得し、中央値として3.3日間隔の観測頻度を得た。
• 時間遅れの特定に、最小分散法（Pelt et al. 1996）とPRH法（Press et al. 1992）を用いて、2つのレンズ像の光曲線を相互相関させた。
• 1.4 GHzおよび5 GHzの多周波数WSRTデータを用い、変動の周波数依存性をテストし、電離ガス状態の銀河系ISMスキャントレーション仮説は周波数スケーリングの不一致により除外された。
• レンズ銀河の質量分布を等温モデルおよび修正ハッブルプロファイル（MHP）モデルでモデル化し、時間遅れからH₀の値を導出。
• 質量モデルの勾配と宇宙論的パラメータの不確実性を考慮して、時間遅れおよびH₀推定値における系統的誤差を定量化。
• 統計的誤差と系統的誤差を統合し、時間遅れおよびH₀の95%信頼区間を報告。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 8.5-GHz VLA光曲線から測定されたB1600+434の2つのレンズ像間の時間遅れは何か？
• RQ2 観測された像Aの短期的flux変動の主な物理的起源は何か—マイクロレンズ効果か、銀河間スキャントレーションか？
• RQ3 レンズ銀河の質量プロファイルの径方向勾配における不確実性は、導出されたHubble定数にどのように影響するか？
• RQ4 H₀が独立に既知である場合、時間遅れ測定値はレンズ銀河のダークマターホールの構造を制約するために利用可能か？
• RQ5 2つの独立した時間遅れ推定法（最小分散法とPRH法）の結果は、一貫性と精度の面でどのように一致するか？

主な発見

• VLA光曲線では、8か月間にわたり両方のレンズ像で18–19%のほぼ線形なflux減少が観測されたが、長期的傾向には顕著な時間遅れは認められなかった。
• 像Aでは、数日から数週間の timescale で最大11%のピーク・ツー・ピーク変動が観測されたのに対し、像Bでは同様のtimescaleで最大6%の変動にとどまった。
• 像Aの短期的変動は、レンズ銀河内のコンパクトな天体によるマイクロレンズ効果によるものと最も考えられ、多周波数WSRTデータによる周波数スケーリングの不一致により、電離ガス状態の銀河系ISMスキャントレーション仮説は除外された。
• 2つのレンズ像間の時間遅れは、95%信頼区間で47⁺¹²₋₉日と測定され、2つの独立した手法が一貫した結果を示した。
• 等温モデルを用いた場合、Hubble定数はH₀ = 57⁺¹⁴₋₁₁ km s⁻¹ Mpc⁻¹（95%統計的）と推定されたが、系統的不確実性は±15～+26 km s⁻¹ Mpc⁻¹であった。
• 修正ハッブルプロファイル（MHP）モデルを用いた場合、H₀は74⁺¹⁸₋₁⁵ km s⁻¹ Mpc⁻¹（95%統計的）と推定され、対称的な系統的誤差範囲±22 km s⁻¹ Mpc⁻¹を示した。