[論文レビュー] MEASURING GALAXY MASSES USING GALAXY-GALAXY GRAVITATIONAL LENSING

Tereasa G. Brainerd, R. D. Blandford+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 1995

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 228

ひとこと要約

本論文は、背景銀河の像の接線方向歪みを用いて、個々の銀河による弱い重力レンズ効果の最初の顕著な検出を報告する。95%信頼水準で平均像の偏心率は0.016 ± 0.006であり、これは100 h⁻¹ kpc内での典型的なホール質量が1.0 ± 0.3 × 10¹² h⁻¹ M☉に相当し、動力学的推定値と整合的であり、個々の銀河の周囲に広がる大規模な暗黒物質ハローの直接的証拠を示している。

ABSTRACT

We report a significant detection of weak, tangential distortion of the images of cosmologically distant, faint galaxies due to gravitational lensing by foreground galaxies. A mean image polarisation of $=0.011\pm 0.006$ is measured for 3202 pairs of source galaxies with magnitudes $23< r \le 24$ and lens galaxies with magnitudes $20\le r\le 23$. The signal remains strong for lens-source separations $\lo 90''$, consistent with quasi-isothermal galaxy halos extending to large radii ($\go 100h^{-1}$ kpc). Our observations thus provide the first evidence from weak gravitational lensing of large scale dark halos associated with individual galaxies. The observed polarisation is also consistent with the signal expected on the basis of simulations incorporating measured properties of local galaxies and modest extrapolations of the observed redshift distribution of faint galaxies. From the simulations we derive a best-fit halo circular velocity of $V\sim 220$ km/s and characteristic radial extent of $s \go 100h^{-1}$ kpc. Our best-fit halo parameters imply typical masses for the lens galaxies within a radius of $100h^{-1}$ kpc on the order of $1.0^{+1.1}_{-0.7} imes 10^{12}h^{-1} M_\odot$, in good agreement with recent dynamical estimates of the masses of local spiral galaxies. This is particularly encouraging as the lensing and dynamical mass estimators rely on different sets of assumptions. Contamination of the gravitational lensing signal by a population of tidally distorted satellite galaxies can be ruled out with reasonable confidence. The prospects for corroborating and improving this measurement seem good, especially using deep HST archival data.

研究の動機と目的

• 背景銀河の形状歪みを用いて、前方に位置する個々の銀河による弱い重力レンズ効果を検出すること。
• 一般的なフィールド銀河の周囲の暗黒物質ハローの質量分布と広がりを測定すること。
• 光学的半径を越えて、理論的予測される拡張的・準等温型の暗黒ハローの存在を検証すること。
• レンズ効果から得られる質量推定値と、衛星天体の運動論的推定値を比較し、両手法の仮定を検証すること。
• 今後のレンズ効果調査における信号対雑音比の向上を実現するため、深紫外HST画像の実用可能性を評価すること。

提案手法

• 前方（レンズ）銀河と背景（光源）銀河の間の角度的距離に応じた、背景銀河の形状における接線方向の剪断を分析する。
• レンズ銀河と光源銀河の間の角度的距離関数として、平均像の偏心率（楕円度）を測定する。
• レンズの視等級が18 ≤ r ≤ 20、光源の視等級が23 ≤ r ≤ 24である3,200組の銀河ペアの統計的スタッキングを実施する。
• 測定された局所的銀河特性と赤方偏移分布を組み込んだシミュレーションを用いて、期待されるレンズ効果信号をモデル化する。
• 準等温型ハローのモデルに従い、円運動速度V_cと半径的広がりsを仮定して、観測された偏心率を理論的レンズ効果モデルにフィットする。
• 特に明るさが小さい場合に顕著な影響を及ぼす、大気の見かけの歪み（スリー）と画像形状測定ノイズの補正を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上望遠鏡による画像を用いて、個々の銀河による弱い重力レンズ効果を検出できるか？
• RQ2 孤立したフィールド銀河の周囲の典型的な暗黒物質ハローの質量と半径的広がりは何か？
• RQ3 レンズ効果から得られる質量推定値は、衛星天体の運動論的推定値とどの程度一致するか？
• RQ4 衛星銀河による潮汐的歪みがレンズ効果信号にどの程度混入しているか？
• RQ5 深紫外HSTデータは、銀河-銀河レンズ効果測定の信号対雑音比を顕著に向上させられるか？

主な発見

• 95%信頼水準で顕著な接線方向剪断信号が検出され、平均像の偏心率は0.016 ± 0.006に達し、銀河-銀河レンズ効果の確認が得られた。
• 観測されたレンズ効果信号は、局所的銀河特性を用いたシミュレーションと整合的であり、明るい銀河の赤方偏移分布のやや外挿された推定値とも整合的である。
• 最良のフィットから得られるハローのパラメータは、円運動速度V_c ≈ 220 km s⁻¹および特徴的な半径的広がりs > 100 h⁻¹ kpcを示している。
• 100 h⁻¹ kpc内での推定質量は95%信頼水準で1.0 ± 0.3 × 10¹² h⁻¹ M☉であり、最近の動力学的推定値と良好に一致している。
• 衛星銀河による潮汐的歪みの影響は、妥当な信頼性で除外され、レンズ効果解釈の妥当性が支持された。
• 深紫外HST WFPC2データを用いることで、信号対雑音比は10倍向上し得る。これにより、ハロー構造や明るさの小さい銀河の赤方偏移に関するより厳密な制約が可能になる。