[論文レビュー] Gaia GraL II - Gaia DR2 Gravitational Lens Systems: The Known Multiply Imaged Quasars

C. Ducourant, O. Wertz+13 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|May 18, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 23被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、Gaia DR2カタログに含まれる200個の既知の多重像を持つクェーサーを特定・分析し、478個の既知のシステムのうち少なくとも1つの像が検出された。12個の四重像クェーサーは完全に検出された。Gaiaのサブミリアーキセコンド級アストロメトリを用いて、特に相対的光源位置および偏折体位置のパラメータ制約が顕著に向上し、HSTデータと比較してパラメータ相関が低減された。これは、強力な重力レンズ研究におけるGaiaの変容的潜在能力を示している。

ABSTRACT

Thanks to its spatial resolution the ESA/Gaia space mission offers a unique opportunity to discover new multiply-imaged quasars and to study the already known lensed systems at sub-milliarcsecond astrometric precisions. In this paper, we address the detection of the known multiply-imaged quasars from the Gaia Data Release 2 and determine the astrometric and photometric properties of the individually detected images found in the Gaia DR2 catalogue. We have compiled an exhaustive list of quasar gravitational lenses from the literature to search for counterparts in the Gaia Data Release 2. We then analyze the astrometric and photometric properties of these Gaia's detections. To highlight the tremendous potential of Gaia at the sub-milliarcsecond level we finally perform a simple Bayesian modeling of the well-known gravitational lens system HE0435-1223, using Gaia Data Release 2 and HST astrometry. From 478 known multiply imaged quasars, 200 have at least one image found in the Gaia Data Release 2. Among the 41 known quadruply-imaged quasars of the list, 26 have at least one image in the Gaia Data Release 2, 12 of which are fully detected, 6 have three counterparts, 7 have two and 1 has only one. As expected, the modeling of HE0435-1223 shows that the model parameters are significantly better constrained when using Gaia astrometry compared to HST astrometry, in particular the relative positions of the background quasar source and the centroid of the deflector. The Gaia sub-milliarcsecond astrometry also significantly reduces the parameter correlations. Besides providing an up-to-date list of multiply imaged quasars and their detection in the Gaia DR2, this paper shows that more complex modeling scenarios will certainly benefit from Gaia sub-milliarcsecond astrometry.

研究の動機と目的

• 既知の多重像クェーサーの包括的リストを編纂し、Gaia DR2における検出可能性を評価すること。
• 既知のレンズ付きクェーサーの個々の像について、Gaia DR2におけるアストロメトリックおよびフォトメトリック特性を特定すること。
• Gaiaのサブミリアーキセコンド級アストロメトリが、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）データと比較して強力な重力レンズモデリングにおける制約をどの程度向上させるかを評価すること。
• 将来的なGaiaデータリリースが強力な重力レンズ研究をどのように進展させるかを示すこと。
• Gaia DR2での検出状況およびアストロメトリック・フォトメトリックデータを含む、公開可能な最新のレンズ付きクェーサーのカタログを提供すること。

提案手法

• 文献から得た478個の既知または候補の多重像クェーサーの包括的リストを整備した。
• このリストをGaia DR2アストロメトリックカタログと照合し、類似対応物を特定した。
• Gaia DR2で検出されたすべての像のアストロメトリックおよびフォトメトリック特性を分析した。
• Gaia DR2およびHSTのアストロメトリを用いて、代表的なレンズシステムHE0435-1223についてベイジアンモデリングを実施した。
• Gaia DR2とHSTデータの間でモデルパラメータの制約および相関を比較し、改善度を定量化した。
• NSIEgレンズモデルを用いて、光源位置および偏折体の重心推定の精度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 文献に記載された既知の多重像クェーサーのうち、何個がGaia DR2で検出されたか？
• RQ2 既知のレンズ付きクェーサーの検出像について、Gaia DR2におけるアストロメトリックおよびフォトメトリック品質はどの程度か？
• RQ3 Gaia DR2のサブミリアーキセコンド級アストロメトリは、HSTアストロメトリと比較してレンズモデルパラメータの制約をどの程度向上させるか？
• RQ4 Gaia DR2データをHSTデータと比較して使用した場合、レンズモデルのパラメータ相関はどのように変化するか？
• RQ5 既知の四重像クェーサーのうち、何パーセントがGaia DR2で完全に検出されたか？また、将来のGaiaデータリリースで予想される改善は何か？

主な発見

• 478個の既知または候補の多重像クェーサーのうち、200個がGaia DR2で少なくとも1つの像が検出された。
• 41個の既知の四重像クェーサーのうち、26個がGaia DR2で少なくとも1つの像が検出された。そのうち12個は完全に検出された（全4像が存在）。
• HE0435-1223のベイジアンモデリングにより、Gaia DR2アストロメトリがクェーサー光源と偏折体の重心間の相対的位置の制約を顕著に改善することが示された。
• Gaia DR2アストロメトリは、HSTアストロメトリと比較してレンズモデルのパラメータ相関を低減し、より堅牢で高精度な解を得られた。
• 本研究は、レンズ付きクェーサーの観測において、Gaia DR2が通常のHST観測と比較して、アストロメトリック精度でほぼ1桁の向上をもたらすことを示した。
• 結果から、将来のGaiaデータリリース（DR3およびDR4）は、空間分解能およびデータ品質の向上により、レンズ付きクェーサーの検出および特徴抽出をさらに向上させると予想される。