[論文レビュー] Deconvolution of HST images of the Cloverleaf gravitational lens : detection of the lensing galaxy and a partial Einstein ring

V. Chantry, Pierre Magain|ArXiv.org|Dec 4, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 5被引用数 17

ひとこと要約

本稿では、MCSアルゴリズムに基づく新規の反復的デコンボリューション手法を提示する。この手法は、クルーバーリーフ重力レンズ（H1413+117）のHST画像において、同時にポイントスプレッド関数（PSF）を特定し、デコンボリューションを実行可能にし、高精度なastrometryとphotometryを実現する。この手法により、F160W（連続スペクトル）およびF180M（[O III]発光線）のHST/NICMOS画像において、レンズ銀河と部分的なアインスタイン輪が明らかになった。位置決め精度は約0.4 mas、レンズ銀河の位置精度は約20 masであった。

ABSTRACT

Archival HST/NICMOS-2 images of the Cloverleaf gravitational lens (H1413+117), a quadruply imaged quasar, have been analysed with a new method derived from the MCS deconvolution algorithm (Magain et al., 1998). This method is based on an iterative process which simultaneously allows to determine the Point Spread Function (PSF) and to perform a deconvolution of images containing several point sources plus extended structures. As such, it is well adapted to the processing of gravitational lens images, especially in the case of multiply imaged quasars. Two sets of data have been analysed : the first one, which has been obtained through the F160W filter in 1997, basically corresponds to a continuum image, while the second one, obtained through the narrower F180M filter in 2003, is centered around the forbidden [OIII] emission lines at the source redshift, thus probing the narrow-line region of the quasar. The deconvolution gives astrometric and photometric measurements in both filters and reveals the primary lensing galaxy as well as a partial Einstein ring. The high accuracy of the results is particularly important in order to model the lensing system and to reconstruct the source undergoing the strong lensing. The reliability of the method is checked on a synthetic image similar to H1413+117.

研究の動機と目的

• 複数の点光源および拡張構造を含む画像を同時にPSFを特定し、デコンボリューションできる堅牢な画像処理技術の開発。
• クルーバーリーフのような多重像を持つクェーサーのastrometryおよびphotometryの精度を向上させ、強いレンズモデル化に不可欠である。
• PSFのぼやけや源の重ね合わせによって以前は隠れていた、レンズ銀河や部分的なアインスタイン輪といった微弱な拡張構造を検出すること。
• 合成データを用いて、クルーバーリーフの構成とノイズ特性を模倣し、手法の妥当性を検証すること。
• クェーサーの源面を再構築し、レンズ質量分布を制約するための高精度測定を提供すること。

提案手法

• 本手法は、点光源と拡散背景を同時に扱えるようにMCSデコンボリューションアルゴリズムを拡張し、PSFとデコンボリューテッド画像を交互に反復的に最適化するスキームを採用する。
• サンプリング定理に整合するよう制約を課し、デコンボリューテッド画像が観測データの物理的制約を満たすように保証する。
• アルゴリズムは画像を、形状が既知の点光源と拡散背景成分の和に分解し、クェーサー像からレンズ銀河および輪構造を分離可能にする。
• 解の安定化とデコンボリューション中のノイズ増幅の低減を目的に、滑らかさ制約を用いる。
• PSFはデータから直接推定され、孤立した星に依存しない。これは、クルーバーリーフのような混雑した領域において特に重要である。
• 本手法は、クルーバーリーフと同一の構成を有する合成画像を用いて検証された。HSTに類似したPSFを用い、ノイズを追加することで精度を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのアルゴリズムが、重力レンズ系の画像に複数の点光源および拡張構造を含む場合に、同時にPSFを特定し、デコンボリューションできるか？
• RQ2 本手法を用いた場合、クェーサー像およびレンズ銀河の位置決め精度は、従来手法と比較してどの程度向上するか？
• RQ3 本手法を用いることで、レンズ銀河や部分的なアインスタイン輪といった微弱な拡張特徴を信頼性高く検出・測定できるか？
• RQ4 孤立した明確な星が画像内に存在しない状況下で、PSF推定の精度はどの程度保たれるか？
• RQ5 本手法は、レンズモデル化および源再構築のためのphotometryおよびastrometry測定をどの程度向上させるか？

主な発見

• 本手法は、クルーバーリーフ系における主なレンズ銀河を、位置精度約20ミリアーキセコンドで明確に検出できた。
• F160WおよびF180Mの両HST画像において、部分的なアインスタイン輪が明確に可視化され、レンズモデル化に新たな構造的制約が得られた。
• クェーサー成分のastrometry精度は約0.4ミリアーキセコンドに達し、幾何的歪みの残差による外部誤差は約1ミリアーキセコンドであった。
• 合成テストにおいて、拡散背景（輪およびレンズ）のフラックスは元の値の4％以内に回復され、低信号レベル下でも高い信頼性を示した。
• レンズ銀河の位置はPSFの翼部における不正確さに敏感であり、これにより約20 masの不確実性が生じる。これはシミュレーション結果と整合的であった。
• 標準的な事前に計算されたPSFを用いたデコンボリューション（例：Tiny Tim）に比べ、本手法は特に微弱な拡張構造の回復および源位置の精度向上において優れている。