[論文レビュー] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses X. Modeling based on high-precision astrometry of a sample of 25 lensed quasars: consequences for ellipticity, shear, and astrometric anomalies

Dominique Sluse, V. Chantry+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 107被引用数 46

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡の画像とISMCSのデコンボリューション法を用いて、25個の重力レンズ効果を受けるクェเซアの高精度な位置定規測定を実施し、1–2.5 masの精度を達成した。周囲の銀河をレンズモデルに組み込むことで、四重像を持つ系における位置定規測の異常を解消できることを示し、光と質量の楕円度および位置角の強い相関を発見した。これは、レンズ銀河の内側約5 kpcにおいてバリオン質量と全質量分布が一致していることを示唆している。

ABSTRACT

(abridged) Gravitationally lensed quasars can be used as powerful cosmological and astrophysical probes. We can (i) infer the Hubble constant based on the time-delay technique, (ii) unveil substructures along the l.o.s. toward distant galaxies, and (iii) compare the shape and the slope of baryons and dark matter distributions in galaxies. To reach these goals, we need high-accuracy astrometry and morphology measurements of the lens. In this work, we first present new astrometry for 11 lenses with measured time delays. Using MCS deconvolution on NIC2 HST images, we reached an astrometric accuracy of about 1-2.5 mas and an accurate shape measurement of the lens galaxy. Second, we combined these measurements with those of 14 other systems to present new mass models of these lenses. This led to the following results: 1) In 4 double-image quasars, we show that the influence of the lens environment on the time delay can easily be quantified and modeled, hence putting these lenses with high priority for time-delay determination. 2) For quadruple-image quasars, the difficulty often encountered in reproducing the image positions to milli-arcsec accuracy (astrometric anomaly) is overcome by explicitly including the nearest visible galaxy in the model. However, one anomalous system (J1131-1231) does not show any luminous perturber in its vicinity, and three others (WFI2026-4536, WFI2033-4723, and B2045+265) have problematic modeling. These 4 systems are the best candidates for a pertubation by a dark matter substructure. 3) We find a significant correlation between the PA of the light and of the mass distributions in lensing galaxies. In contrast with other studies, we find that the ellipticity of the light and of the mass also correlate well, suggesting that the overall spatial distribution of matter is not very different from the baryon distribution in the inner \sim 5 kpc of lensing galaxies.

研究の動機と目的

• 時間遅れ測定の系統的誤差を低減することで、宇宙距離スケールの決定に寄与すること。
• 外部ひずみおよび周囲の銀河がレンズモデルの精度と時間遅れの精度に与える影響を調査すること。
• レンズ銀河の光の形態が、内側領域における全質量分布をどれほど正確に反映しているかを評価すること。
• 環境的および構造的要因を分析することで、高精度なハッブル定数測定に最も適したレンズ系を特定すること。
• 説明のつかない位置定規測の異常は、暗黒物質の小構造によるものか、モデル化の欠陥によるものかを特定すること。

提案手法

• 近赤外HST画像に反復戦略とMagain-Courbin-Sohy (ISMCS)のデコンボリューション法を適用し、レンズ効果を受けるクェーサー像およびレンズ銀河のサブミリアーキセコンド級の位置定規測を実施した。
• 11個の時間遅れを持つレンズ系の新しい位置定規測データと、他の14個の系の既存データを統合し、一貫性のある質量モデルを構築した。
• 特異的等温楕円体(SIE)モデルを用いて像の位置をフィットさせ、必要に応じて周囲の銀河を摂動源として組み込んだ。
• 測定された構造パラメータを用いて、レンズ光と質量分布の位置角(PA)および楕円度の一致度を定量化した。
• モデルの残差と像の位置のずれを評価し、暗黒物質の小構造やモデル化の限界が原因で生じる可能性のある系を同定した。
• 特に二重像系において、外部ひずみと固有の楕円度が時間遅れ予測に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周囲の銀河をレンズモデルに組み込むことで、四重像を持つクェーサー系における位置定規測の異常はどの程度解消可能か？
• RQ2 レンズ銀河の光の位置角および楕円度は、内側約5 kpcにおける全質量分布のそれとどの程度一致するか？
• RQ3 観測された像の位置と予測された位置との間に顕著なずれを示すレンズ系はどれであり、その原因は何か？
• RQ4 環境的および質量分布の効果を適切にモデル化すれば、時間遅れ法がハッブル定数測定において競争力のある精度に達するか？
• RQ5 目に見える摂動源が存在しないにもかかわらず、説明のつかない位置定規測の異常が、暗黒物質の小構造の存在を示唆する系は存在するか？

主な発見

• HE0047-1746、J1226-006、SBS 1520+530、HE 2149-2745 の4つの二重像クェーサー系では、レンズ環境の時間遅れへの影響を定量的にモデル化可能であり、時間遅れ測定の優先対象として適している。
• 14個の四重像系のうち11個で、最も近い可視銀河または衛星をレンズモデルに組み込むことで、位置定規測の異常が解消され、モデルの適合度が著しく向上した。
• 質量分布の位置角は、光分布のそれと強く相関しており（約10度以内）、レンズ銀河の内側領域における一致を確認した。
• 光と質量分布の楕円度の相関も、12個の系のうち8個で良好に得られ、バリオン分布が内側約5 kpcにおいて全質量分布をよく追跡していることを示した。
• RXS J1131-1231、WFI 2026-4536、WFI 2033-4723、B2045+265 は環境モデル化を行っても依然として問題を抱えており、暗黒物質の小構造やモデル化されていない摂動の存在を示唆している。
• 本研究では、固有のひずみと外部ひずみを区別できる系を同定し、時間遅れ法によるハッブル定数推定の系統的バイアスを低減できた。