[論文レビュー] Microlensing variability in the gravitationally lensed quasar Q2237+0305 = the Einstein Cross, I. Spectrophotometric monitoring with the VLT

A. Eigenbrod, F. Courbin+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2007

Adaptive optics and wavefront sensing被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、VLT/FORS1を用いて重力レンズ効果を受けるクェーサーQSO 2237+0305（アインシュタイン・クロス）の長期間（2.2年）にわたるスペクトロスコピックモニタリングを初めて実施し、レンズ効果を及ぼす銀河からのスペクトルとクェーサー像のスペクトルを正確に分離し、同時に観測された非可変星を用いた正確なフラックスキャリブレーションを可能にした。主な発見として、特に青い連続スペクトルおよび広帯域発光線で顕著なマイクロレンズ効果の変動が画像AおよびBで観測され、これはコンパクトな降着円盤と段層的な広帯域発光領域のマイクロレンズ効果と整合的であり、高イオン化度の線が低イオン化度の線よりも強く増幅されていることが示された。

ABSTRACT

We present the results of the first long-term (2.2 years) spectroscopic monitoring of a gravitationally lensed quasar, namely the Einstein Cross Q2237+0305. The goal of this paper is to present the observational facts to be compared in follow-up papers with theoretical models to constrain the inner structure of the source quasar. We spatially deconvolve deep VLT/FORS1 spectra to accurately separate the spectrum of the lensing galaxy from the spectra of the quasar images. Accurate cross-calibration of the 58 observations at 31-epoch from October 2004 to December 2006 is carried out with non-variable foreground stars observed simultaneously with the quasar. The quasar spectra are further decomposed into a continuum component and several broad emission lines to infer the variations of these spectral components. We find prominent microlensing events in the quasar images A and B, while images C and D are almost quiescent on a timescale of a few months. The strongest variations are observed in the continuum of image A. Their amplitude is larger in the blue (0.7 mag) than in the red (0.5 mag), consistent with microlensing of an accretion disk. Variations in the intensity and profile of the broad emission lines are also reported, most prominently in the wings of the CIII] and center of the CIV emission lines. During a strong microlensing episode observed in June 2006 in quasar image A, the broad component of the CIII] is more highly magnified than the narrow component. In addition, the emission lines with higher ionization potentials are more magnified than the lines with lower ionization potentials, consistent with the results obtained with reverberation mapping. Finally, we find that the V-band differential extinction by the lens, between the quasar images, is in the range 0.1-0.3 mag.

研究の動機と目的

• 重力レンズ効果を受けるクェーサーのスペクトル的成分におけるマイクロレンズ効果の変動を、初めて長期間にわたって高頻度でスペクトロフォトメトリックモニタリングすること。
• 空間的デコンボリューション技術を用いて、レンズ効果を及ぼす銀河の光から4つのクェーサー像のスペクトルを分離すること。
• 同時に観測された非可変な前庭星を用いて、フラックス測定値の正確なクロスキャリブレーションを実施すること。
• クェーサーのスペクトルを連続スペクトルと広帯域発光線成分に分解し、それらの独立した変動を追跡すること。
• 将来のレイシューティングシミュレーションがクェーサーの内部構造およびレンズ系をモデル化することを目的として、観測的制約を提供すること。

提案手法

• 2.2年間にわたるVLT/FORS1の深紫外スペクトロスコピック観測を実施し、平均して14日ごとに1回の時間的サンプリングを達成した。
• 空間的デコンボリューションを実施し、クェーサー像のフラックス寄与をレンズ効果銀河のバルジからの光から分離した。
• 同じ領域で観測された非可変な前庭星を用いてフラックスをキャリブレーションし、機器的および大気的変動を補正した。
• クェーサーのスペクトルをべき乗則的連続スペクトルと広帯域発光線（例：C III], C IV, Mg II）に分解し、それらの個別的な変動を分析した。
• 異なるスペクトル的成分におけるマイクロレンズ効果を推定するために、クェーサー像間の微小な増幅比の差を測定した。
• 観測されたフラックス比と中赤外測定値を比較し、観測期間を越えた長期的なマイクロレンズ効果の検出を試みた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クェーサーQSO 2237+0305の連続スペクトルおよび広帯域発光線は、マイクロレンズ効果によって時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ2 マイクロレンズイベント中、異なるスペクトル的成分（例：C III]の広帯域成分対狭帯域成分）の相対的増幅はどの程度か？
• RQ3 高イオン化度発光線が低イオン化度発光線よりも強く増幅されるか？ これは広帯域発光領域の構造に何を示唆するか？
• RQ4 レンズ効果銀河内のダストによって生じるスペクトル的差分減光はどの程度か？
• RQ5 長期的なマイクロレンズ効果が画像AおよびCのフラックス比にどの程度影響を及ぼすか？ また、短期的イベントと比較してその影響はいかがな特徴を示すか？

主な発見

• 画像AはHJD ~3900日頃に顕著なマイクロレンズによる明る化イベントを示し、青い連続スペクトルで0.7 mag、赤い連続スペクトルで0.5 magの増加を示した。これはコンパクトな降着円盤のマイクロレンズ効果と整合的である。
• 画像AのC III]発光線の広帯域成分は、その狭帯域成分に対して1.8倍の増幅を示した。これはマイクロレンズ効果に対する異なる応答を示している。
• C IVやC III]といった高イオン化度線は、Mg IIのような低イオン化度線よりも顕著に増幅されており、これは段層的な広帯域発光領域構造を支持する。
• 画像AのC III]線プロファイルはHJD ~3900日の明る化イベント中に拡張した。同様の拡張は複数のエポックにわたり画像Cでも観測され、空間的に分解可能なマイクロレンズ効果の兆候を示した。
• レンズ効果銀河内のダストによる画像間の差分減光は0.1–0.3 mag程度と推定され、画像CおよびDが最も赤くなる傾向にあったが、長期的なフラックス比の変動を説明するには不十分であった。
• 画像CおよびDは短期的時間スケールでのマイクロレンズ変動がほとんど認められなかったが、画像AおよびBは顕著な変動を示しており、マイクロレンズ効果がレンズ像全体に均等に分布していないことを示唆している。