[論文レビュー] COSMOGRAIL: the COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses XIII: Time delays and 9-yr optical monitoring of the lensed quasar RX J1131-1231

M. Tewes, F. Courbin+11 more|Lirias (KU Leuven)|Aug 29, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用数 81

ひとこと要約

本論文は、COSMOGRAILプロジェクトを用いて9年間にわたり重力レンズ効果を受けるクェザーRX J1131−1231を光学的にモニタリングしたキャンペーンを提示しており、高精度な光曲線に対して3つの独立した時間遅れ測定手法を適用している。回帰差分法により、画像Dと他の画像間で91日間の時間遅れが得られ、1.5%の分数的不確実性を示した。これは、長期的なモニタリングが微小レンズ効果に起因するバイアスを緩和し、高精度な宇宙論的距離測定を可能にすることを示している。

ABSTRACT

We present the results from nine years of optically monitoring the gravitationally lensed z=0.658 quasar RX J1131-1231. The R-band light curves of the four individual images of the quasar were obtained using deconvolution photometry for a total of 707 epochs. Several sharp quasar variability features strongly constrain the time delays between the quasar images. Using three different numerical techniques, we measure these delays for all possible pairs of quasar images while always processing the four light curves simultaneously. For all three methods, the delays between the three close images A, B, and C are compatible with being 0, while we measure the delay of image D to be 91 days, with a fractional uncertainty of 1.5% (1 sigma), including systematic errors. Our analysis of random and systematic errors accounts in a realistic way for the observed quasar variability, fluctuating microlensing magnification over a broad range of temporal scales, noise properties, and seasonal gaps. Finally, we find that our time-delay measurement methods yield compatible results when applied to subsets of the data.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる光学的光度測定を用いて、強くレンズ効果を受けるクェザーRX J1131−1231の複数の像間の正確な時間遅れを測定すること。
• 微小レンズ効果に起因する変動が時間遅れ推定に与える影響を評価し、さまざまな遅れ測定手法の頑健性を検証すること。
• 一時的な微小レンズ効果の影響を最小限に抑えるために、長期間のモニタリングキャンペーンが不可欠であることを示すこと。
• 時間遅れ距離を高精度に測定し、宇宙論的モデルに情報を提供すること。

提案手法

• 1.2-mスイスEuler、1.3-m SMARTS、1.2-m Mercator望遠鏡を用いて9年間にわたりデータ収集が行われ、高精度な光度測定の光曲線が得られた。
• 3つの独立した時間遅れ推定手法が適用された：分散様およびスプラインモデルを用いた曲線シフト法、および微小レンズ効果の明示的モデル化を避ける回帰差分法。
• 回帰差分法により、微小レンズ効果のパラメトリックな形を仮定せず、モデル依存バイアスを低減した。
• 合成光曲線を用いた誤差推定の妥当性を検証し、観測データと同程度の外生的変動を持つものとした。
• データの部分集合（例：シーズン1〜5と6〜9）を別々に分析し、一貫性と誤差バーの信頼性を検証した。
• 最終的な時間遅れの不確実性は、画像Dと他の画像間の遅れに対して、分数的1σ誤差1.5%として定量化された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微小レンズ効果に起因する変動パターンは、レンズ効果を受けるクェザーの時間遅れ測定の正確性にどのように影響するか？
• RQ2 短期的な微小レンズ効果の変動およびモデルバイアスに対して、どの時間遅れ推定手法が最も頑健か？
• RQ3 短期間のモニタリングキャンペーン（例：2シーズン）は、長期観測と比較して信頼できる時間遅れ推定を提供できるか？
• RQ4 独立したデータサブセットを用いた時間遅れ推定の誤差は、一貫して検証可能か？
• RQ5 RX J1131−1231の時間遅れ距離測定の精度はどの程度であり、それが宇宙論的モデルにどのように制約を加えるか？

主な発見

• 回帰差分法により、画像Dと他のクェザー像間の91日間の時間遅れに対して、1.5%の分数的1σ不確実性を有する最も信頼性の高い時間遅れ推定が得られた。
• 2シーズンの短期分析では、特に2004年中ごろに微小レンズ効果の変動が生じ、画像Aの時間遅れを偽装するように影響し、系統的なバイアスが生じた。
• 回帰差分法は、全9年間のデータセットから得られた遅れを含む誤差バーを提供したが、他の手法は不確実性を低く見積もっていた。
• 独立したデータサブセット（シーズン1〜5と6〜9）からの測定結果は一貫しており、誤差推定の頑健性が確認された。
• 本研究は、微小レンズ効果に起因する系誤差を抑えるために長期間のモニタリングが不可欠であることを確認した。
• 最終的な時間遅れの不確実性は、現在、レンズ銀河の重力ポテンシャルおよび視線方向の大型構造の不確実性に主に起因しており、測定誤差に起因するものではない。