[論文レビュー] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses VII. Time delays and the Hubble constant from WFI J2033-4723

C. Vuissoz, F. Courbin+11 more|Zurich Open Repository and Archive (University of Zurich)|Mar 27, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 33被引用数 45

ひとこと要約

本研究では、EULERおよびSMARTS望遠鏡を用いた3年間のRバンドモニタリングにより、四重に歪んだクェザーWFI J2033–4723の時間遅れを測定し、それぞれ3.8%および6.5%の精度を達成した。非パrametricモデルを用いた解析ではH₀ = 67⁺¹³₋₁₀ km s⁻¹ Mpc⁻¹が得られ、単一の等温球体モデルではH₀ = 63⁺⁷₋³ km s⁻¹ Mpc⁻¹が得られ、いずれも共通の宇宙論的値と整合的である。一方、フラックス比には短期的なミクロレンズ効果の兆候は見られなかったが、異常は長期的かつ波長依存的なミクロレンズ効果を示唆している。

ABSTRACT

Gravitationally lensed quasars can be used to map the mass distribution in lensing galaxies and to estimate the Hubble constant H0 by measuring the time delays between the quasar images. Here we report the measurement of two independent time delays in the quadruply imaged quasar WFI J2033-4723 (z = 1.66). Our data consist of R-band images obtained with the Swiss 1.2 m EULER telescope located at La Silla and with the 1.3 m SMARTS telescope located at Cerro Tololo. The light curves have 218 independent epochs spanning 3 full years of monitoring between March 2004 and May 2007, with a mean temporal sampling of one observation every 4th day. We measure the time delays using three different techniques, and we obtain Dt(B-A) = 35.5 +- 1.4 days (3.8%) and Dt(B-C) = 62.6 +4.1/-2.3 days (+6.5%/-3.7%), where A is a composite of the close, merging image pair. After correcting for the time delays, we find R-band flux ratios of F_A/F_B = 2.88 +- 0.04, F_A/F_C = 3.38 +- 0.06, and F_A1/F_A2 = 1.37 +- 0.05 with no evidence for microlensing variability over a time scale of three years. However, these flux ratios do not agree with those measured in the quasar emission lines, suggesting that longer term microlensing is present. Our estimate of H0 agrees with the concordance value: non-parametric modeling of the lensing galaxy predicts H0 = 67 +13/-10 km s-1 Mpc-1, while the Single Isothermal Sphere model yields H0 = 63 +7/-3 km s-1 Mpc-1 (68% confidence level). More complex lens models using a composite de Vaucouleurs plus NFW galaxy mass profile show twisting of the mass isocontours in the lensing galaxy, as do the non-parametric models. As all models also require a significant external shear, this suggests that the lens is a member of the group of galaxies seen in field of view of WFI J2033-4723.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる光学的モニタリングを用いて、四重に歪んだクェザーWFI J2033–4723における高精度な時間遅れを測定すること。
• 時間遅れとレンズ質量モデルを用いて、局所的距離ラダーの校正に依存しない形でハッブル定数H₀を推定すること。
• 3年間のベースラインにおいて、ミクロレンズ効果がフラックス比に及ぼす影響の有無を評価すること。
• レンズ銀河の質量分布およびその環境、特に外部シアーとグループ相互作用を調査すること。

提案手法

• 2004年3月から2007年5月までの3年間にわたり、1.2m EULERおよび1.3m SMARTS望遠鏡を用いて、合計218回のRバンド光度測定を実施し、平均して4日ごとの観測間隔を達成した。
• 点拡散関数（PSF）の変化を補正するため、MCSのデコンボリューション光度測定アルゴリズムを適用し、クェザー像からの光度曲線を抽出した。
• 時間遅れを測定するために、系統的誤差を低減するための妥当性を高めるために、3つの独立した手法を用いた。
• パrametric（例：単一の等温球体、de Vaucouleurs + NFW）および非パrametricなレンズモデルを構築し、質量分布および臨界表面密度の等高線を推定した。
• 外部シアーおよび複数の銀河（G1、G2、および約9″北に位置するグループ）をレンズモデルに組み込み、環境的要因の影響を考慮した。
• 時間遅れとフラックス比を制約条件として用い、特にH₀に影響を及ぼす宇宙論的パラメータとレンズモデルの整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力レンズ効果によって四重に歪んだクェザーWFI J2033–4723の複数の像間の時間遅れは何か？
• RQ2 測定された時間遅れとレンズ質量モデルから、ハッブル定数H₀はどの程度の値を示唆するか？
• RQ3 3年間のモニタリング期間中に、フラックス比にミクロレンズ効果の変動が見られるか？
• RQ4 レンズ銀河の質量分布および等密度面は、その可視光の構造とどのように比較されるか？また、これはその環境に何を示唆するか？
• RQ5 観測された光学的フラックス比がクェザー発光線の測定値と一致しないのはなぜか？これは長期的ミクロレンズ効果を示唆するか？

主な発見

• 像BとA（AはA₁とA₂の混合である）の間の時間遅れは、Δt_{B-A} = 35.5 ± 1.4日（3.8%の不確実性）として測定された。
• 像BとCの間の時間遅れはΔt_{B-C} = 62.6⁺⁴.¹₋₂.³日（6.5%の不確実性）であり、非ガウス的誤差伝搬のため不対称な不確実性を示した。
• 非パrametricなレンズモデルから得られたH₀は67⁺¹³₋₁₀ km s⁻¹ Mpc⁻¹であり、共通の宇宙論的値と整合的である。
• 単一の等温球体モデルから得られたH₀は63⁺⁷₋³ km s⁻¹ Mpc⁻¹であり、これも共通の宇宙論的値と整合的である。
• 3年間にわたり、Rバンドのフラックス比に顕著なミクロレンズ効果の変動は観測されず、F_A/F_B = 2.88 ± 0.04およびF_A/F_C = 3.38 ± 0.06であった。
• MgII発光線における像BとCの間のフラックス比の異常（45%）および波長依存性のあるフラックス比は、光学的連続スペクトルでは検出されなかったが、長期的または波長依存的なミクロレンズ効果の存在を示唆している。