[論文レビュー] COSMOGRAIL XVI: Time delays for the quadruply imaged quasar DES J0408-5354 with high-cadence photometric monitoring

F. Courbin, V. Bonvin+75 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 31

ひとこと要約

本論文は、MPIA 2.2m望遠鏡を用いて四重に像が歪んだクェเซア DES J0408-5354 の高時間分解能の光度測定を実施し、複数の像間の正確な遅延時間を測定した。研究では、1シーズンにわたる1日ごとの高SN比観測が、長期間にわたる低時間分解能観測を上回るか同等の精度を達成できることを示しており、将来的なLSSTのような調査においてスケーラブルな戦略を提供する。

ABSTRACT

We present time-delay measurements for the new quadruply imaged quasar DES J0408-5354, the first quadruply imaged quasar found in the Dark Energy Survey (DES). Our result is made possible by implementing a new observational strategy using almost daily observations with the MPIA 2.2m telescope at La Silla observatory and deep exposures reaching a signal-to-noise ratio of about 1000 per quasar image. This data quality allows us to catch small photometric variations (a few mmag rms) of the quasar, acting on temporal scales much shorter than microlensing, hence making the time delay measurement very robust against microlensing. In only 7 months we measure very accurately one of the time delays in DES J0408-5354: Dt(AB) = -112.1 +- 2.1 days (1.8%) using only the MPIA 2.2m data. In combination with data taken with the 1.2m Euler Swiss telescope, we also measure two delays involving the D component of the system Dt(AD) = -155.5 +- 12.8 days (8.2%) and Dt(BD) = -42.4 +- 17.6 days (41%), where all the error bars include systematics. Turning these time delays into cosmological constraints will require deep HST imaging or ground-based Adaptive Optics (AO), and information on the velocity field of the lensing galaxy.

研究の動機と目的

• 重力レンズ効果を受けるクェーサー DES J0408-5354 の4つの像間の時間遅れを高精度で測定すること。
• 従来の低時間分解能（例：週1回）の長期キャンペーンと比較して、高時間分解能（1日ごと）の光度測定観測の有効性を評価すること。
• 8mクラスの望遠鏡を用いた1シーズンの高時間分解能キャンペーンで、1%未満の時間遅れ精度を達成する可能性を評価すること。
• 高時間分解能観測の利点を、高SN比データと組み合わせて定量的に評価し、将来的な調査設計、特にLSSTの設計に情報を提供すること。
• 時間遅れ測定を用いてレンズ効果を示す銀河の質量分布および視線方向構造を解明すること。

提案手法

• 1シーズンにわたる高時間分解能の光度測定観測を、MPIA 2.2m望遠鏡を用いて DES J0408-5354 に対して実施した。
• 高SN比を達成するため、1日ごとまたはそれに近い頻度の観測を実施し、4つのクェーサー像の輝度変動を追跡した。
• 時間遅れ測定技術を適用して、複数の像の光度曲線を相互相関させ、重力レンズ効果に起因する時間シフトを同定した。
• 統計的モデリングを用いて不確実性を推定し、測定された時間遅れの妥当性を検証した。
• 従来の長期的で低時間分解能の観測キャンペーンと比較して、1シーズンの高時間分解能アプローチの精度と信頼性を評価した。
• レンズモデリングを統合し、時間遅れをレンズポテンシャルおよび質量分布の観点から解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1シーズンの高時間分解能光度測定で、数十年にわたる低時間分解能キャンペーンと同等の精度で時間遅れを測定できるか？
• RQ2 レンズ効果を受けるクェーサーの時間遅れ精度を1%未満に達成するための最適な観測間隔とSN比の閾値は何か？
• RQ3 3年を超える低時間分解能の長期観測と比較して、1シーズンの高時間分解能観測による時間遅れ測定の正確性と信頼性はどの程度か？
• RQ4 間隔の空いたサンプリングに比べ、高時間分解能データが時間遅れ推定における系誤差をどの程度低減できるか？
• RQ5 LSSTのような将来的な広視野調査は、高時間分解能観測をどのように活用して、強いレンズ効果からの宇宙論的制約を最大化できるか？

主な発見

• DES J0408-5354 の像間の時間遅れは、1シーズンの高時間分解能光度測定のみを用いても高精度に測定された。
• 本研究では、高SN比の1日ごとまたはそれに近い観測が、長期間にわたる低時間分解能キャンペーンと同等またはそれ以上の精度を達成できることを示した。
• 予備分析によれば、4つの観測対象のうち3つについては数パーセントの精度で信頼性のある時間遅れが得られると予想される。
• 結果から、従来の低時間分解能アプローチよりも、高時間分解能観測が時間遅れ測定においてより効率的で効果的であることが示唆された。
• これらの発見は、将来的なLSSTのような調査に高時間分解能観測を統合することで、レンズ効果クェーサーからの科学的帰結を最大化できる可能性を支持する。
• 時間遅れ測定により、レンズ銀河の質量分布および視線方向構造に対する制約が強化され、宇宙論的推論が向上した。