[論文レビュー] Gravitational lensing statistics with extragalactic surveys. II. Analysis of the Jodrell Bank-VLA Astrometric Survey

Phillip Helbig, D. R. Marlow+4 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Apr 13, 1999

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 25

ひとこと要約

この論文は、フラットスペクトル電波源を対象とする大規模な電波調査であるヨドレル・バンク-VLA天測調査（JVAS）の重力レンズ効果統計を分析し、宇宙論定数 Λ₀ を制約する。レンズ効果の幾何学的構造と赤方偏移分布を用いて、平坦宇宙における Λ₀ の95%信頼区間を −0.85 から 0.84 と導出し、光学調査と整合的であることが示された。これは、電波レンズ調査が中程度の平均源赤方偏移と、源の赤方偏移分布に関する系統的不確実性があるにもかかわらず、信頼できる宇宙論的制約を提供することを示している。

ABSTRACT

We present constraints on the cosmological constant $λ_{0}$ from gravitational lensing statistics of the Jodrell Bank-VLA Astrometric Survey (JVAS). Although this is the largest gravitational lens survey which has been analysed, cosmological constraints are only comparable to those from optical surveys. This is due to the fact that the median source redshifts of JVAS are lower, which leads to both relatively fewer lenses in the survey and a weaker dependence on the cosmological parameters. Although more approximations have to be made than is the case for optical surveys, the consistency of the results with those from optical gravitational lens surveys and other cosmological tests indicate that this is not a major source of uncertainty in the results. However, joint constraints from a combination of radio and optical data are much tighter. Thus, a similar analysis of the much larger Cosmic Lens All-Sky Survey should provide even tighter constraints on the cosmological constant, especially when combined with data from optical lens surveys. At 95% confidence, our lower and upper limits on $λ_{0}-Ω_{0}$, using the JVAS lensing statistics information alone, are respectively -2.69 and 0.68. For a flat universe, these correspond to lower and upper limits on λ_{0} of respectively -0.85 and 0.84. Using the combination of JVAS lensing statistics and lensing statistics from the literature as discussed in Quast & Helbig (Paper I) the corresponding $λ_{0}-Ω_{0}$ values are -1.78 and 0.27. For a flat universe, these correspond to lower and upper limits on $λ_{0}$ of respectively -0.39 and 0.64.

研究の動機と目的

• ヨドレル・バンク-VLA天測調査（JVAS）の重力レンズ統計を用いて、宇宙論定数 Λ₀ に対する宇宙論的制約を導出すること。
• 光学調査と比較して、電波ベースのレンズ統計の信頼性と系統的不確実性を評価すること。
• 低い平均源赤方偏移と、フラックス密度依存の赤方偏移分布に関する知識の不完全さが、宇宙論的制約に与える影響を評価すること。
• 将来的な大規模な調査、たとえば全天空電波レンズ調査（CLASS）が、光学データと組み合わせることで、どの程度より厳密な制約をもたらすかを検討すること。

提案手法

• 論文I（Quast & Helbig 1999）の形式的枠組みを応用し、源の赤方偏移と像の分離角を用いてJVASのレンズ統計を分析する。
• レンズ効果光学的厚さの形式的枠組みを用い、背景源の赤方偏移分布とレンズ断面積に依存する。
• ベイズ的フレームワークを用いて、観測データと理論的モデルを統合し、Λ₀−Ω₀パラメータ空間における尤度を計算する。
• JVASの結果を、先行する光学調査のレンズ統計と組み合わせることで、統計的および系統的不確実性を低減する。
• 光学調査における減光バイアスや、電波調査における未レンズ化源の赤方偏移分布に関する不確実性といった系統的要因を考慮する。
• 他の宇宙論的テストとの比較や、異なるデータセット間の整合性評価により、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JVASの重力レンズ調査データのみを用いて、宇宙論定数 Λ₀ にどのような制約が得られるか？
• RQ2 電波レンズ調査と光学調査の間で得られる宇宙論的制約はどのように比較できるか。差異が生じる理由は何か？
• RQ3 特に未レンズ化電波源の赤方偏移分布に関する系統的不確実性が、導出される Λ₀ の制約にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 電波と光学のレンズ統計を統合した共同制約は、個別の調査と比較して、Λ₀ 評価の精度をどの程度向上させるか？
• RQ5 将来的な大規模調査、たとえば全天空電波レンズ調査（CLASS）をJVASと光学データと組み合わせた場合、宇宙論的制約はどの程度改善されるか？

主な発見

• JVASのレンズ統計のみを用いた場合、Λ₀−Ω₀ の95%信頼区間は −2.69 から 0.68 であり、平坦宇宙では Λ₀ の制約は −0.85 から 0.84 となる。
• 光学レンズデータ（文献からの統計）と組み合わせた場合、Λ₀−Ω₀ の95%信頼区間は −1.78 から 0.27 に狭まり、平坦宇宙では Λ₀ の制約は −0.39 から 0.64 となる。
• JVASの結果は光学調査や他の宇宙論的テストと整合的であり、系統的誤差が支配的ではないことを示唆している。
• 電波調査（JVASなど）は、光学調査に比べてやや高い Λ₀ 評価値を示す傾向にあるが、これは光学データにおける減光や分解能の影響によるレンズ系の漏れが原因で予想される。
• 電波と光学レンズ統計の結果が一致していることは、両手法とも同程度の管理可能な系統的要因に影響を受けており、レンズ統計が宇宙論的プローブとして信頼できると支持する。
• JVASを包含し、源の赤方偏移に関する知識がより洗練された将来的な調査（たとえばCLASS）は、光学データと組み合わせることで、Λ₀ の制約を著しく厳密にできると予想される。