[論文レビュー] Gravitationally Lensed Arc Statistics as a Cosmological Probe

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

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、赤方偏移に依存する光源およびレンズの分布を組み込み、前方に位置する銀河団をレンズとして用いて、全天にわたる重力レンズ効果を受ける光学的・電波的・準ミリ波源の期待数をモデル化している。平坦な宇宙論においてΩ=0.3、Λ=0.7の条件下では、S>10 μJy、A>2のレンズ効果を受ける電波源が約1,500個、850 μmにおける準ミリ波源が約30,000個予測され、観測調査と整合的であり、今後の計画調査（例：Planck）にも有用である。

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

• 前方に位置する銀河団をレンズとして用いて、全天にわたる重力レンズ効果を受ける源の数を予測すること。
• レンズ効果を受ける銀河団と背景源の両方の赤方偏移に伴う進化を組み込むことで、従来のアーク統計を改善すること。
• ハッブル深宇宙フィールドの輝度関数を用いて、限 magnitude 調査における拡大率バイアスを補正し、検出可能なアーク数を予測すること。
• 異なる宇宙論的モデル下での電波および準ミリ波帯域におけるレンズ効果を受ける源の検出可能性を評価すること。
• 今後の調査（例：Planck、南極望遠鏡）が準ミリ波帯域のレンズ効果を受ける源を同定する可能性を評価すること。

提案手法

• 背景光学的源の赤方偏移および明るさ分布をモデル化するために、ハッブル深宇宙フィールドの輝度関数を用いる。
• 前方に位置する銀河団の赤方偏移進化を組み込むことで、レンズ効果断面積の推定値を改善する。
• 限 magnitude 調査プログラムにおける検出可能アーク数を予測するために、拡大率バイアス補正を適用する。
• ΩおよびΛの異なる宇宙論的モデルを用いて、1.4 GHzおよび850 μmにおけるレンズ効果を受ける源数を計算する。
• フラックス密度のしきい値および増幅係数に基づいて、検出可能なレンズ効果を受ける源集団を推定する。
• 南極10m電波望遠鏡およびPlanck調査を用いた、準ミリ波帯域のレンズ効果を受ける源の同定可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ΩMが小さい平坦宇宙において、光学的アークは一体いくつ予測されるか？
• RQ2 Ω=0.3、Λ=0.7の宇宙論において、S>10 μJyかつ増幅率>2のレンズ効果を受ける電波源は一体いくつ予測されるか？
• RQ3 同じ宇宙論において、850 μmにおける同じレンズ集団に向けて予測されるレンズ効果を受ける準ミリ波源は一体いくつか？
• RQ4 Planckや南極望遠鏡のような今後の準ミリ波調査が、顕著な数のレンズ効果を受ける源を検出できるか？
• RQ5 限 magnitude 調査におけるレンズ効果を受けるアークの観測数に、拡大率バイアスがどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 平坦な宇宙論においてΩ=0.3、Λ=0.7の条件下では、S>10 μJyかつ増幅率>2のレンズ効果を受ける電波源が、全天にわたって約1,500個予測される。
• 準ミリ波帯域（850 μm）において、同じ銀河団集団および同じ宇宙論において、約30,000個のレンズ効果を受ける源が予測される。
• 調査で観測された光学的アークの数は、物質密度が低い平坦な宇宙（ΩM ≈ 0.3）によって一貫して説明可能である。
• 南極10m準ミリ波望遠鏡およびPlanck調査は、353 GHz帯で約100個の重力レンズ効果を受ける源を副次的検出する見込みである。
• レンズおよび源の両方の赤方偏移進化を組み込むことで、従来のモデルに比べてレンズ効果を受ける源の予測精度が著しく向上する。
• ハッブル深宇宙フィールドの輝度関数を用いた拡大率バイアスの組み込みにより、限 magnitude 調査における光学的アーク数の予測がより現実的になる。