[論文レビュー] Lensing effects in an inhomogeneous universe

Lars Bergström, Martin Goliath+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 1999

Relativity and Gravitational Theory参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ホルツ＆ウォルドのレンズ効果手法を、圧力を持つ複数の流体成分および現実的なダークマター・ハロー密度分布（NFWおよび等温球）を含むように一般化し、高赤方偏移における超新星調査が、NFWモデルと等温球モデルの間でレンズ効果が類似しているにもかかわらず、ダークマター分布の粗い特徴、特に点状の対象物の存在を明らかにできることを示している。

ABSTRACT

Recently, Holz & Wald have presented a new method for determining gravitational lensing effects on, e.g., supernova luminosity versus redshift measurements in inhomogeneous universes. In this paper, their method is generalized in several ways: First, the matter content is allowed to consist of several different types of fluids, possibly with non-vanishing pressure. Second, besides lensing by simple point masses and singular isothermal spheres, the more realistic halo dark matter distribution proposed by Navarro, Frenk & White (NFW), based on N-body simulation results, is treated. We discuss various aspects of the accuracy of the method, such as luminosity corrections, and statistics, for multiple images. We find in agreement with other recent work that a large sample of supernovae at large redshift could be used to extract gross features of the mass distribution of the lensing dark matter halos, such as the existence of a large number of point-like objects. The results for the isothermal sphere and the NFW model are, however, very similar if normalized to the observed luminosity distribution of galaxies. We give convenient analytical fitting formulas for our computed lensing probabilites as a function of magnification, for several redshifts.

研究の動機と目的

• 圧力が非ゼロである複数の流体成分を含む、ホルツ＆ウォルドのレンズ効果フレームワークを拡張すること。
• N体シミュレーションから得られるNFW密度プロファイルを用いて、現実的なダークマター・ハローをモデル化すること。
• 複数像のレンズ効果確率計算および顕著な明るさ補正の正確性を評価すること。
• 高赤方偏移における超新星が、レンズ効果ハローの大規模質量分布を制約できるかを特定すること。
• 赤方偏移および増幅率の関数としてのレンズ効果確率を記述する解析的フィッティング式を提供すること。

提案手法

• 不均一宇宙における非ゼロ圧力を持つ複数の流体を扱えるように、レンズ効果形式を一般化する。
• ナヴァロ＝フレンク＝ホープ（NFW）密度プロファイルを、ダークマター・ハローの現実的モデルとして組み込む。
• 観測された銀河の明るさに一致するように正規化された条件下で、レンズ効果を比較するための等温球モデルを用いる。
• さまざまな赤方偏移における超新星の増幅確率を計算するために、この手法を適用する。
• 増幅率および赤方偏移の関数としてのレンズ効果確率の解析的フィッティング式を導出する。
• 複数像シナリオにおける統計的効果および明るさ補正を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された銀河の明るさ分布に正規化した場合、NFWプロファイルと等温球モデルの間でレンズ効果にどのような差が生じるか？
• RQ2 高赤方偏移における超新星調査が、ダークマター分布における点状のレンズ効果対象物の存在をどの程度制約できるか？
• RQ3 非ゼロ圧力を持つ流体が、不均一な宇宙論的モデルにおける重力レンズ効果にどのように影響を与えるか？
• RQ4 現実的なハロー・モデルにおいて、異なる増幅率および赤方偏移における正確なレンズ効果確率分布は何か？
• RQ5 観測用途に適した、赤方偏移および増幅率の関数としてのレンズ効果確率を記述する解析的フィッティング式を導出できるか？

主な発見

• NFWモデルと等温球モデルのレンズ効果は、観測された銀河の明るさ分布に正規化された場合、非常に類似している。
• 高赤方偏移における大規模な超新星サンプルは、レンズ効果ダークマター・ハローの質量分布の粗い特徴、特に多数の点状対象物の存在を抽出できる。
• 複数像の統計的取り扱いおよび正確な明るさ補正を伴うレンズ効果確率の計算が、本手法により成功裏に実行された。
• 観測的宇宙論における実用的用途を想定し、増幅率および赤方偏移の関数としてのレンズ効果確率の解析的フィッティング式が提供された。
• 非ゼロ圧力を持つ複数の流体成分を含めても、モデルの仮定下では全体的なレンズ効果行動に顕著な変化は生じない。
• 結果は、超新星調査を用いて弱いレンズ効果および強いレンズ効果の両方を介してダークマター・ハローの性質を調べることが現実的であることを支持している。