[論文レビュー] Cosmology with Galaxy Clusters: III. Gravitationally Lensed Arc Statistics as a Cosmological Probe

Asantha Cooray|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 1998

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、前方に位置する銀河団のレンズ効果による歪みを、光学的、電波的、準ミリ波帯の波長で統計的に分析することで、宇宙論的プローブとしての応用を提案している。先行研究を改善するため、銀河団と背景源の赤方偏移の時間的変化を組み込み、観測された光学的アーキュールの数が低物質密度（Ω₀ ≈ 0.3）の平坦宇宙と整合的であることを示している。ΛCDMに類似した宇宙論において、約1,500個のレンズ効果を受けた電波源（S > 10 μJy、μ > 2）と約30,000個のレンズ効果を受けた準ミリ波源（850 μm）が予測される。

ABSTRACT

We calculate the expected number of gravitationally lensed optical, radio and sub-mm lensed sources on the whole sky due to foreground galaxy clusters for different cosmological models. We improve previous calculations of lensed arc statistics by including redshift information for background sources and accounting for the redshift evolution of the foreground lensing clusters. The background sources are described based on the redshift and optical magnitude or flux distribution for sources in the Hubble Deep Field (HDF). Using the HDF luminosity function, we also account for the magnification bias in magnitude-limited observational programs to find lensed optical arcs. Based on the results from optical arc surveys, we find that the observed number of arcs can easily be explained in a flat universe with low values for cosmological mass density of the universe. At radio wavelengths (1.4 GHz), we predict \sim 1500 lensed radio sources with flux densities greater than 10 muJy, and with amplifications due to lensing greater than 2, in a flat cosmology with Omega=0.3 and Lambda=0.7. At sub-mm wavelengths (850 mum), the number of lensed sources expected towards the same foreground lens population and cosmology is \sim 3 x 10^4. We briefly consider the possibility of using the South Pole 10-m sub-mm telescope and the Planck surveyor to identify lensed sub-mm sources. A catalog of around 100 gravitationally lensed sources at 353 GHz may be a useful by-product of Planck. (Abridged)

研究の動機と目的

• 銀河団におけるレンズ効果を受けたアーキュール統計の宇宙論的感度を評価すること。
• 前方のレンズ効果を及ぼす銀河団と背景源の赤方偏移の時間的変化を組み込むことで、先行研究のレンズ効果率推定値を改善すること。
• 異なる宇宙論的モデル下での光学的、電波的、準ミリ波帯の波長におけるレンズ効果を受けた源の予想数を定量化すること。
• 近い将来の調査（例：Planckと南極望遠鏡）によって、準ミリ波帯のレンズ効果を受けた源を検出可能かどうかを評価すること。
• ハッブル深宇宙フィールドの発光関数を用いて、限 magnitude の調査における増幅バイアスを補正すること。

提案手法

• 銀河団の投影質量分布を用いてレンズ効果光学的厚さをモデル化し、銀河団密度および質量関数の赤方偏移の時間的変化を組み込む。
• ハッブル深宇宙フィールドの発光関数を用いて、光学的、電波的、準ミリ波帯の波長における背景源の赤方偏移および明るさ分布を記述する。
• 発光関数とレンズ効果増幅係数に基づき、限 magnitude の調査における増幅バイアス補正を実施する。
• 平坦なΛCDM宇宙論（Ω₀ = 0.3、Λ₀ = 0.7を含む）を想定し、異なる宇宙論的モデルにおけるレンズ効果を受けた源の単位面積あたりの予想数を計算する。
• Planckの計画された機器や南極10m準ミリ波望遠鏡を用いて、準ミリ波帯のレンズ効果を受けた源の検出可能性を推定する。
• レンズ効果断面積と源のカウントおよび赤方偏移分布を統合し、全天球における総合的なレンズ効果を受けた源の予想数を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 前方の銀河団と背景源の赤方偏移の時間的変化が、異なる波長帯における予想レンズ効果アーキュール数にどのように影響を与えるか？
• RQ2 観測された光学的アーキュール統計を最もよく再現する宇宙論的モデルは何か？
• RQ3 平坦宇宙（Ω₀ = 0.3、Λ₀ = 0.7）において、電波源のフラックスが10 μJy以上で増幅率が2以上のレンズ効果を受けた源は、全天空で何個程度予想されるか？
• RQ4 同じ宇宙論的モデル下で、850 μmの準ミリ波帯における重力レンズ効果を受けた源の予想数はどの程度か？
• RQ5 近い将来の準ミリ波帯調査（例：Planckや南極望遠鏡）が、統計的に有意な数のレンズ効果を受けた源を副次的検出可能か？

主な発見

• 観測された重力レンズ効果を受けた光学的アーキュールの数は、低物質密度（Ω₀ ≈ 0.3）の平坦宇宙モデルと整合的である。
• 平坦宇宙（Ω₀ = 0.3、Λ₀ = 0.7）において、全天空にわたってフラックスが10 μJy以上で増幅率が2以上のレンズ効果を受けた電波源は約1,500個予想される。
• 準ミリ波帯（850 μm）において、同じ銀河団集団と宇宙論的モデル下で、約30,000個のレンズ効果を受けた源が予測される。
• 限 magnitude の調査における増幅バイアスの組み込みが、検出可能なレンズ効果を受けた光学的アーキュールの予想数に顕著な影響を与える。
• Planckの計画された調査ミッションの副次的成果として、約100個の重力レンズ効果を受けた源（353 GHz）のカタログ作成が可能となる可能性がある。
• 南極10m準ミリ波望遠鏡も、この宇宙論的枠組みにおいて、レンズ効果を受けた準ミリ波源を同定するのに実用的である。