[論文レビュー] Modeling Galaxy Lenses

R. D. Blandford, G. Surpi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、B1608+656の多波長画像から得られた減退補正済み、デコンボリューション処理済み、汚染除去済みのデータを用いて、光学画像におけるエインシュタイン輪の表面輝度から、モデルに依存しない重力レンズポテンシャルの再構築手法を提案する。この手法は、延長された輪状発光を活用することで、ハッブル定数の測定におけるデゲネラシーを解消し、点像のみを用いたモデル化よりも信頼性の高いレンズモデルを提供する。

ABSTRACT

In order to use a gravitational lens to measure the Hubble constant accurately, it is necessary to derive a reliable model of the lens surface potential. If the analysis is restricted to the locations and magnifications of point images, the derived Hubble constant depends upon the class of mass models used to fit the data. However, when there is extended emission from an Einstein ring, it may be possible to derive a potential from the observed surface brightness in a model-independent manner. This procedure is illustrated with reference to B1608+656. The multi-band images are de-reddened, de-convolved and de-contaminated so that the luminous matter and the surface brightness contours in the Einstein ring are both faithfully mapped. This intensity distribution can then be used to reconstruct the potential. Progress in implementing this program is reported. The observed incidence of multiple-imaged galaxies on the Hubble Deep Fields is an order of magnitude smaller than naively predicted on the basis of radio lens surveys, like CLASS, but consistent with the rate computed using surface photometry of candidate lens galaxies assuming standard mass to light ratios. In order to resolve this paradox, it is suggested that most galaxy lenses are located in compact groups.

研究の動機と目的

• 点像データに依存し、任意の質量モデルに依存するハッブル定数の測定におけるデゲネラシーを解消すること。
• 仮定された質量分布に依存し、パラメータのデゲネラシーに苦しむ従来のレンズモデリングの限界を克服すること。
• 特定の質量モデルに依存せずに、エインシュタイン輪の観測表面輝度からレンズポテンシャルを直接再構築する手法を開発すること。
• コンパクト群が多重像銀河のレンズ断面積をどのように増幅させるかを調査し、ハッブル・ディープフィールドにおける多重像銀河の低発生率を説明すること。
• 多波長光学画像を用いた正確なレンズモデリングのフレームワークを提供し、B1608+656をプロトタイプとして応用すること。

提案手法

• B1608+656の多波長V、I、Hバンド画像を減退補正し、デコンボリューション処理を行い、汚染を除去することで、エインシュタイン輪の真の表面輝度を回復する。
• 色マップ（V/IおよびI/H）を用いて、銀河赤方偏移の影響を補正し、レンズ像の固有色を一致させる。
• 二色図を用いて赤方偏移の影響を同定・補正し、4つの像間で一貫した光度測定を確保する。
• エインシュタイン輪内の等しい表面輝度を持つ点を一致させることで、モデルに依存しないポテンシャル再構築を実現する。
• 輝度再構築技術を用いて光度物質分布をマッピングし、「交差等高線」を用いて鞍点を同定する。
• 再構築されたポテンシャルを既存のモデルと比較し、一貫性を評価するとともに、ハッブル定数の推定値を改善する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エインシュタイン輪の表面輝度分布を用いて、モデルに依存しない形でレンズポテンシャルを再構築できるか？
• RQ2 点像のみを用いたモデリングと比較して、延長された輪状発光がハッブル定数の測定におけるデゲネラシーをどの程度軽減できるか？
• RQ3 ハッブル・ディープフィールドにおける多重像銀河の観測発生率が、電波レンズ調査の予測よりも低いのはなぜか？
• RQ4 コンパクト群環境が、質量の大きな銀河のレンズ断面積をどのように増幅させるか？
• RQ5 コンパクト群に存在する周囲の暗黒物質が、顕著なエインシュタイン輪や四重像の形成に果たす役割は何か？

主な発見

• 減退補正、デコンボリューション、汚染除去を経た後、B1608+656のエインシュタイン輪の表面輝度分布を忠実にマッピングでき、モデルに依存しないポテンシャル再構築が可能となった。
• 点像の位置と歪みしか使わない場合に生じるハッブル定数推定値のデゲネラシーを、本手法が効果的に解消し、より信頼性の高い値を得られた。
• ハッブル・ディープフィールドにおける多重像銀河の低発生率は、孤立銀河ではなくコンパクト群によるレンズ効果の増幅と整合的である。
• 単純なモデルにより、群の速度分散が約500 km s⁻¹のとき、コンパクト群内の暗黒物質がレンズ断面積を約24倍に増幅させ、~0.5から~7平方秒弧度に増加させることを示した。
• コンパクト群の存在が、四重像レンズの高頻度を説明でき、増幅された断面積が多重像形成を促進することが分かった。
• モデルは、このような系におけるレンズ銀河が平均より高い質量対光度比を示すはずであり、関連する暗黒物質群は宇宙論的密度が約0.03のX線源として検出可能であると示唆している。