[論文レビュー] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses II. SDSS J0924+0219: the redshift of the lensing galaxy, the quasar spectral variability and the Einstein rings

A. Eigenbrod, F. Courbin+7 more|ArXiv.org|Oct 21, 2005

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 29被引用数 35

ひとこと要約

本研究では、SDSS J0924+0219のレンズ赤方偏移を z = 0.394 ± 0.001 で測定し、連続スペクトルに顕著な変動は認めないが、幅広い発光線に顕著なスペクトル的変化が確認された。また、HST画像の非定常化処理により二重のアインシュタイン輪が解明された。クェーサー像の位置と輪の形状に基づくレンズモデルは、純粋な輪モデルと純粋なアストロメトリーモデルの間に顕著な不一致を示し、多極子的準位構造と大きな時間遅れの不確実性を示唆しており、時間遅れを用いた宇宙論的測定によるH₀の測定に最適な対象である。

ABSTRACT

(Abridged) We present our VLT/FORS1 deep spectroscopic observations of the gravitationally lensed quasar SDSS J0924+0219, as well as archival HST/NICMOS and ACS images of the same object. The two-epoch spectra, obtained in the Multi Object Spectroscopy (MOS) mode, allow for very accurate flux calibration, spatial deconvolution of the data, and provide the redshift of the lensing galaxy z=0.394 +/- 0.001. These spectra, taken 15 days apart, show only slight continuum variations, while the broad emission lines display obvious changes in the red wing of the Mg II line, in the Fe II bands, and in the central part of the C III] line. Even though variations in the line profiles are present, we do not see any significant differences between the continuum and emission line flux ratios of images A and B of the quasar. Spatial deconvolution of the HST images reveals a double Einstein ring. One ring corresponds to the lensed quasar host galaxy at z=1.524 and a second bluer one, is the image either of a star-forming region in the host galaxy, or of another unrelated lower redshift object. We find that a broad range of lens models gives a satisfactory fit to the data. However, they predict very different time delays, making SDSS J0924+0219 an object of particular interest for photometric monitoring. In addition, the lens models reconstructed using exclusively the constraints from the Einstein rings, or using exclusively the astrometry of the quasar images, are not compatible. This suggests that substructures play an important role in SDSS J0924+0219.

研究の動機と目的

• SDSS J0924+0219のレンズ銀河の赤方偏移を測定し、正確な時間遅れ宇宙論的測定を可能にする。
• 連続スペクトルおよび幅広い発光線におけるクェーサー像AおよびBのスペクトル的変動を評価し、マイクロレンズ効果または源構造を調査する。
• HST/NICMOSおよびACSの深紫外画像を用いてアインシュタイン輪を解明し、レンズ質量分布を制約する。
• クェーサー像の位置に基づくレンズモデルと、アインシュタイン輪の形状に基づくモデルとの不一致を解消する。
• 外部せん断および多極子的準位構造がH₀推定の時間遅れ予測に与える影響を定量化する。

提案手法

• 300 R解像度で4450–8650 Åの範囲をカバーするVLT/FORS1のマルチオブジェクトスぺクトロスコピー（MOS）を取得し、レンズ銀河およびクェーサー像A・Bのフラックスキャリブレート済み、空間的に非定常化されたスペクトルを取得した。
• レンズ銀河とクェーサー像の光の寄与を分離するためのスペクトル非定常化技術を適用し、相互汚染を最小限に抑えた。
• MCSアルゴリズムを用いて、アーカイブのHST/ACSおよびNICMOS画像を非定常化処理し、二重のアインシュタイン輪の存在を明らかにした。
• クェーサー像のアストロメトリとアインシュタイン輪の詳細な形状の両方を用いてレンズ質量分布を再構築し、異なるモデリング手法の結果を比較した。
• 滑らかなレンズモデル（例：LENSMODEL）と半線形逆問題技術を用いて、外部せん断および特異的等方的球体（SIS）摂動子の影響を検証した。
• 予測された時間遅れと位置角を観測データと比較することでモデルの一貫性を評価し、準位構造を示唆する不一致を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDSS J0924+0219のレンズ銀河の赤方偏移は何か、そしてどの程度の精度で測定できるか？
• RQ2 15日間の期間でクェーサー像AおよびBのフラックス比とスペクトル的特徴はどのように変化するか？ これによりマイクロレンズ効果または源構造に何が示唆されるか？
• RQ3 HST画像で解明された二重のアインシュタイン輪の起源と赤方偏移は何か？ これによりレンズ質量分布はどの程度制約されるか？
• RQ4 単にアインシュタイン輪の形状に基づくレンズモデルが、観測されたクェーサー像の位置を再現できないのはなぜか？ これによりレンズの質量分布に何が示唆されるか？
• RQ5 異なるレンズモデルにおけるSDSS J0924+0219の時間遅れ予測範囲は何か？ また、外部せん断およびレンズの楕円率に関する仮定にどの程度感度を示すか？

主な発見

• VLT/FORS1スペクトルに多数の星の吸収ラインが確認され、SDSS J0924+0219のレンズ銀河の赤方偏移は z_lens = 0.394 ± 0.001 と測定された。
• クェーサー像AとBのフラックス比は、1月14日には F_A/F_B = 2.80 ± 0.05、2月1日には 2.86 ± 0.05 であり、15日間の間に連続スペクトルに顕著な変化は認められなかった。
• C III], Mg II, および Fe II 発光線において、二回の観測間で顕著で非対称な変化が観測され、発光線領域の構造の変化またはマイクロレンズ効果を示唆している。
• 一つのアインシュタイン輪は、z_source = 1.524 のクェーサーのレンズ化された主星系に起因し、もう一つの青みがかった輪は、主星系内の星形成領域または低赤方偏移の無関係な対象に起因する可能性がある。
• 単にアインシュタイン輪の形状に基づくモデルでは観測されたクェーサー像の位置を再現できず、逆に単にアストロメトリに基づくモデルでも同様の不一致が生じる。これは、多極子的準位構造が一貫したレンズモデリングに不可欠であることを示している。
• 異なるモデル間で時間遅れの予測範囲が広範にわたっており、外部せん断およびレンズの位置角に感度を示している。これは、この系の複雑さとH₀の決定における重要性を強調している。