[論文レビュー] Magnificent Magnification: Exploiting the Other Half of the Lensing Signal

Eric Huff, Genevieve J. Graves|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移に依存しないスケーリング関係を用いて弱い重力レンズ効果による拡大を測定する、新しい光度計的手法を提案する。この手法は、スペクトロスコピック速度分散を必要とせず、レンズ効果を受けていない性質（表面輝度など）とレンズ効果を受けて変化したサイズの関係を用いる。この方法により、従来の歪み測定と同等の信号対雑音比の拡大信号が得られ、将来的な大規模な宇宙背景放射調査において歪み測定を補完する、系として独立した手法となる可能性を示している。

ABSTRACT

We describe a new method for measuring galaxy magnification due to weak gravitational lensing. Our method makes use of a tight scaling relation between galaxy properties that are modified by gravitational lensing, such as apparent size, and other properties that are not, such as surface brightness. In particular, we use a version of the well-known fundamental plane relation for early type galaxies. This modified "photometric fundamental plane" replaces velocity dispersions with photometric galaxy properties, thus obviating the need for spectroscopic data. We present the first detection of magnification using this method by applying it to photometric catalogs from the Sloan Digital Sky Survey. This analysis shows that the derived magnification signal is comparable to that available from conventional methods using gravitational shear. We suppress the dominant sources of systematic error and discuss modest improvements that may allow this method to equal or even surpass the signal-to-noise achievable with shear. Moreover, some of the dominant sources of systematic error are substantially different from those of shear-based techniques. Thus, combining the two techniques addresses the major weaknesses of each and provides a substantial improvement over either method used in isolation. With this new technique, magnification becomes a necessary measurement tool for the coming era of large ground-based surveys intending to measure gravitational lensing.

研究の動機と目的

• 光度計データのみを用いて、歪みを用いない弱い重力レンズ効果による拡大を測定する手法を開発すること。
• 銀河スケーリング関係の高い相関性を活用することで、従来の拡大測定の低信号対雑音比を克服すること。
• 基本平面における速度分散の代わりに光度計的代理変数を用いることで、スペクトロスコピックデータへの依存度を低減すること。
• この新しい手法により、拡大信号が従来の歪み測定と同等の精度に達することを実証すること。
• 本手法に特有の系誤差を同定し、それらが制御可能であることを示し、将来的な大規模な調査への応用を可能にすること。

提案手法

• 速度分散を光度計的銀河特性（表面輝度、等級など）に置き換えた、光度計データのみを用いた基本平面の応用。
• 有効半径（R_e）、表面輝度（μ）、光度計的色の間の強い相関を仮定し、レンズ効果のない観測量から固有のサイズを予測可能とする。
• 観測されたR_eと光度計的基本平面から予測されたR_eとの比較により、レンズ効果による拡大を推定する。
• 光度計的赤方偏移を用いてレンズ効果の臨界密度を推定し、質量密度プロファイルを計算する。
• スカイ補正バイアスや光度計的赤方偏移の不確実性といった系誤差を、スペクトロスコピック赤方偏移を持つ制御サンプルを用いて定量・補正する。
• 本手法はSDSSの光度計的カタログを用いて検証され、同じデータから得られた歪みベースの測定結果と比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光度計データのみを用いて、歪み測定と同等の信号対雑音比で弱い重力レンズ効果による拡大を測定できるか？
• RQ2 基本平面において速度分散を光度計的代理変数に置き換えても、拡大測定に十分な精度が保たれるか？
• RQ3 この光度計的拡大測定手法における主な系誤差は何か？それらは効果的に制御可能か？
• RQ4 この手法の系誤差予算は、歪みベースのレンズ効果測定と比べてどうか？
• RQ5 将来的な大規模な調査において、この手法をさらに改善し、歪みベースの手法を上回る信号対雑音比を達成できるか？

主な発見

• 本手法は、光度計データのみを用いても、従来の歪み測定と同等の信号対雑音比の拡大信号を達成した。
• 光度計的基本平面の固有分散が十分に小さく（約20％）、高精度な拡大測定が可能であることが示された。
• スカイ補正バイアスや光度計的赤方偏移の不確実性といった系誤差は定量され、管理可能であることが判明。制御テストでは顕著なバイアスは観測されなかった。
• 主なノイズ源は光度計的基本平面の35％の分散であり、これは歪み分散の20％よりも大きいが、より良いモデル化により低減可能である。
• 本手法は、歪み測定をバイアスする大規模スケールの固有配列効果に影響されにくく、系誤差プロファイルが補完的である。
• 将来的な調査において、本手法は銀河進化モデルのさらなる改善により、スケーリング関係の分散低減が進むことで、歪みベースの手法を上回る信号対雑音比を達成する可能性を示している。