[論文レビュー] Microlensing of multiply-imaged compact radio sources: Evidence for compact halo objects in the disk galaxy of B1600+434

L. V. E. Koopmans, A. G. de Bruyn|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2000

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、VLAおよびWSRTを用いた8.5、5、1.4 GHzの観測により、重力レンズ系B1600+434における最初の明確な電波ミクロレンズ効果の検出を報告する。レンズ像AおよびBに観測された短期的変動—8.5 GHzにおけるモード指数が2.8%および1.6%—は、はっきりとした銀河系間銀河スキャッタリングでは説明できず、むしろレンズ銀河のハローに存在する質量の大きなコンパクト物体によるミクロレンズ効果を示唆しており、この暗黒物質候補の平均質量に約0.5 M⊙の下限が与えられる。

ABSTRACT

We present the first unambiguous case of external variability of a radio gravitational lens, CLASS B1600+434. The VLA 8.5-GHz difference light curve of the lensed images, taking the proper time-delay into account, shows the presence of external variability with 14.6-sigma confidence. We investigate two plausible causes of this external variability: scattering by the ionized component of the Galactic interstellar medium and microlensing by massive compact objects in the bulge/disk and halo of the lens galaxy. Based on the tight relation between the modulation-index and variability time scale and the quantitative difference between the light curves of both lensed images, we conclude that the observed short-term variability characteristics of the lensed images are incompatible with scintillation in our Galaxy. This conclusion is strongly supported by multi-frequency WSRT observations at 1.4 and 5 GHz, which are in strong disagreement with predictions based on the scintillation hypothesis. ... On the other hand, a single superluminal jet-component, having an apparent velocity 9<=(v_app/c)<=26, a radius of 2-5 micro-arcsec and containing 5-11% of the observed 8.5-GHz source flux density, can reproduce the observed modulation-indices and variability time scale at 8.5 GHz, when it is microlensed by compact objects in the lens galaxy. It also reproduces the frequency-dependence of the modulation-indices, determined from the independent WSRT 1.4 and 5-GHz observations. ... The only conclusion fully consistent with the data gathered thus far is that we have indeed detected radio microlensing. The far reaching consequence of this statement is that a significant fraction of the mass in the dark-matter halo at ~6 kpc (h=0.65) above the lens-galaxy disk in B1600+434 consists of massive compact objects. [abridged]

研究の動機と目的

• 多重像を持つクェーサーにおける短期的電波変動の原因として、銀河系間銀河スキャッタリングとミクロレンズ効果を区別すること。
• 観測された変動が、銀河の電離したISM内の散乱によって説明可能かどうかを検証すること。
• レンズ銀河のバルク、ディスク、ハローに存在するコンパクト物体によるミクロレンズ効果が、観測された変動特性を説明できるかどうかを検証すること。
• 多周波数光曲線を用いて、レンズ銀河の暗黒物質ハロー内に存在するコンパクト物体の質量関数を制約すること。
• 散乱による広がりが像Bに与える影響と、ミクロレンズ解釈への影響を評価すること。

提案手法

• 時間遅れと輝度比の補正を施したVLA 8.5-GHz観測から、外部の相関のない変動を分離するための差分光曲線を構築した。
• 標準的なスキャッタリングモデル（Rickett 1977, 1990; TC93）を適用し、周波数依存のモード指数を予測し、1.4および5 GHzにおける観測値と比較した。
• 超光速ジェット成分（サイズ2–5 μas、フラックス分率5–11%、表視速度9–26c）を用いたミクロレンズシミュレーションにより、観測されたモード指数と変動 timescale を再現した。
• 散乱による広がりが像Bのモード指数に与える影響と、質量関数の制約への影響を評価した。
• 8.5 GHzにおける観測モード指数（A：2.8%、B：1.6%）を、さまざまなコンパクト物体質量関数の下でのミクロレンズモデルの予測と比較した。
• VLA、WSRT、および将来のVLBIデータを統合し、源構造とコンパクト物体質量関数の制約を精緻化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B1600+434のレンズ像における観測された短期的変動は、銀河系の電離したISM内の散乱によって説明可能か？
• RQ2 モード指数の周波数依存性（1.4 GHzで1.2%、5 GHzで3.7%）は、スキャッタリング理論と整合するか？
• RQ3 8.5 GHzにおける像AとBのモード指数の差（2.8% 対 1.6%）は、レンズ銀河のハローおよびディスクに存在する異なる質量のコンパクト物体によるミクロレンズ効果を支持するか？
• RQ4 ミクロレンズシミュレーションに基づいて、レンズ銀河のハロー内に存在するコンパクト物体の質量にどのような制約を課せるか？
• RQ5 レンズ銀河の電離したISMによる像Bの散乱による広がりが、観測された変動の解釈を変える可能性はあるか？

主な発見

• VLA 8.5-GHz差分光曲線における14.6–σの外部変動は、内部的源変動を排除し、相関のない外部変動を確認した。
• 5 GHzにおける観測モード指数（3.7%）は、1.4 GHzでの指数が1.2%である場合にスキャッタリング理論で予測される9.0%よりも顕著に低く、スキャッタリング仮説を否定する。
• モード指数の周波数依存性（1.4 GHzで1.2%、5 GHzで3.7%）はスキャッタリング理論とは整合しないが、ミクロレンズシミュレーションとは整合する。
• 1つの超光速ジェット成分（2–5 μas、5–11%のフラックス、β_app = 9–26c）が、8.5 GHzにおける観測されたモード指数と変動 timescale を再現した。
• 8.5 GHzにおける像Aのモード指数（2.8%）が像B（1.6%）よりも高いことは、Aの視線方向に平均質量の高いコンパクト物体が存在することを示し、ハロー内のコンパクト物体に対して一時的な下限として≥0.5 M⊙が得られた。
• 観測データを完全に説明できる唯一の解釈は電波ミクロレンズであり、これは約6 kpcの銀河平面からの上方に位置するレンズ銀河の暗黒物質ハローが、質量の大きなコンパクト物体で満たされていることを示唆している。