[論文レビュー] Gravitational Lensing and the Extragalactic Distance Scale

R. D. Blandford, Tomislav Kundić|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 1996

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、時間遅れを用いた重力レンズ効果を、宇宙距離階層に依存しないハッブル定数の測定法として評価している。レンズ化したクェーサーの複数像間の時間遅れを用い、合計不確実性が10%未満に抑えられるかを検討する。

ABSTRACT

The potential of gravitational lenses for providing direct, physical measurements of the Hubble constant, free from systematic errors associated with the traditional distance ladder, has long been recognized. However, it is only recently that there has been a convincing measurement of a time delay sufficiently accurate to carry out this program. By itself, an accurate time delay measurement does not produce an equivalently definite Hubble constant and the errors associated with models of the primary lens, propagation through the potential fluctuations produced by the large-scale structure and the global geometry of the universe must also be taken into account. The prospects for measuring several more time delays and the feasibility of making the corresponding estimates of the Hubble constant with total error smaller than ten percent are critically assessed.

研究の動機と目的

• 重力レンズ効果が、宇宙距離階層に依存しない直接的かつ物理的根拠に基づくハッブル定数の測定可能性を評価すること。
• レンズモデリングの系統誤差、大規模構造の影響、および宇宙論的幾何学的構造がハッブル定数推定に与える影響を扱うこと。
• 複数の時間遅れ測定が合計不確実性が10%未満のハッブル定数をもたらすかどうかを評価すること。
• 従来の宇宙距離階層に依存しない、強固な独立した距離測定が可能かどうかを検討すること。
• 現在および今後の時間遅れレンズ法が銀河間距離スケールの校正において果たす可能性を包括的に評価すること。

提案手法

• 重力レンズ効果を受けるクェーサーの複数像間の時間遅れを、ハッブル定数の直接的幾何的プローブとして用いる。
• レンズ質量分布のモデリングを適用し、時間遅れ距離を推定する。この距離はハッブル定数に逆比例する。
• 視線方向の構造や大規模な質量フラクチュエーションの補正を組み込み、系統誤差を低減する。
• 宇宙の全体的幾何構造（例：曲率）がハッブル定数の決定に与える不確実性の源として考慮する。
• 統計的および理論的フレームワークを用いて、レンズによるハッブル定数測定の合計誤差予算を推定する。
• 既知のレンズ系の高精度モニタリング向上に伴う、今後の時間遅れ測定の性能を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い重力レンズにおける時間遅れ測定は、ハッブル定数の強固で独立した決定を可能にするか？
• RQ2 時間遅れレンズによるハッブル定数推定の主な系統誤差は何か。それらは10%未満に低減可能か？
• RQ3 視線方向の大規模構造およびレンズ質量モデルの不確実性は、ハッブル定数の精度にどのように影響するか？
• RQ4 複数の時間遅れレンズ系の寄与は、ハッブル定数の全体的不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ5 重力レンズ法は、従来の距離階層法と同等またはそれ以上の精度でハッブル定数を測定可能か？

主な発見

• 時間遅れ測定による重力レンズ効果は、宇宙距離階層に依存せず、直接的かつ物理的根拠に基づくハッブル定数の決定法を提供する。
• 正確な時間遅れ測定だけでは不十分であり、レンズ質量モデルや大規模構造に起因する系統誤差を慎重にモデリングする必要がある。
• 追加の時間遅れ測定を複数実施し、モデリングを改善することで、レンズによるハッブル定数の合計不確実性を10%未満にまで低減可能である。
• 10%未満の精度を達成する可能性は、レンズ質量分布および視線方向構造の不確実性をいかに制御できるかに大きく依存する。
• この手法は理論的に妥当であり、宇宙論的独立なハッブル定数測定への有望な道筋を示している。
• 本稿は、十分なデータとモデリングが得られれば、重力レンズ法がハッブル定数に競争力のある独立した制約を提供可能であると結論づけている。