[論文レビュー] Multi-wavelength study of the gravitational lens system RXS J113155.4-123155: I. Multi-epoch optical and near infrared imaging

Dominique Sluse, Jean-François Claeskens+7 more|ArXiv.org|Dec 19, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 53被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、HST、ESO、CFHTのデータを用いて、重力レンズ系RXS J1131-123155の複数エポックにわたる光学および近赤外画像を取得し、MCSのデコンボリューション法を適用して、クェザーの点源フラックスとその宿主銀河を分離し、正確にフラックス変動を測定した。主な発見は、マイクロレンズ効果と複雑なレンズポテンシャル（八重極項を含む）が、異常なフラックス比を同時に説明できることであり、レンズ銀河内に大質量の小構造が必要であるという仮定を覆すものである。

ABSTRACT

(abridged) Aims: RXS J113155.4-123155 (z=0.66) is a quadruply imaged lensed quasar with a resolved Einstein Ring. The goal of this paper is to provide a full characterization of this system, and more particularly accurate astrometry and photometry. Method: Visible and near-infrared imaging observations of RXS J113155.4-123155 were carried out at various epochs using several ground based telescopes and the HST. The frames have been deconvolved using the MCS algorithm. A Singular Isothermal Ellipsoid (SIE) + external shear has been used to model the lensing galaxy potential. Results: MCS deconvolution enables us to separate the flux of the QSO (point-like images) from that of its host galaxy and to accurately track the flux variations of the point-like images in various filters. The deconvolved frames unveil several multiply imaged structures in the Einstein ring and an unidentified object in the vicinity of the lensing galaxy. We discuss the lightcurves and the chromatic flux ratio variations and deduce that both intrinsic variability and microlensing took place during a span longer than one year. We demonstrate that microlensing may easily account for the so called anomalous flux ratios presented in the discovery paper. However, the observed flux ratios are still poorly reproduced when modeling the lens potential with a SIE+shear. We argue that this disagreement can hardly be explained by milli-lensing caused by substructures in the lensing galaxy. A solution proposed in Paper II consists in a more complex lens model including an octupole term to the lens gravitational potential.

研究の動機と目的

• 正確なレンズモデル化のため、四重に像分けされたクェザーRXS J1131-123155の正確なアストロメトリーと光度測定を提供すること。
• エインシュタイン輪構造における異常フラックス比の原因を解明すること、特に標準的なSIE+シアーモデルの予測と観測されたフラックス比の乖離を特定すること。
• 時間経過に伴うフラックス比の変動および波長依存性に、マイクロレンズ効果とクェザーの固有の変動がどの程度寄与しているかを評価すること。
• 観測されたフラックス異常は、レンズ銀河内の小構造によるものか、それともマクロレンズポテンシャルの高次モーメント項（多重極項）によるものか、どちらがより適切に説明できるかを特定すること。
• 明るいエインシュタイン輪が存在する状況下で、点像のフラックス測定に影響を及ぼすための光度測定の精度限界を確立すること。

提案手法

• HST、ESO VLT、CFHT望遠鏡を用いて、複数のフィルターを用いた複数エポックの光学および近赤外画像を取得した。
• MCS（最大曲率デコンボリューション）アルゴリズムを適用し、光度測定を保持するとともに、点源と拡がった源のフラックスを分離可能にした。
• レンズポテンシャルを単一等温楕円体（SIE）に加え外部シアーを用いてモデル化し、論文IIでは八重極項を追加して拡張した。
• 2002年11月から2004年4月にかけての時間経過に伴うフィルターごとの4つのクェザー像のフラックス変動を追跡し、固有の変動とマイクロレンズ効果を特定した。
• Mao & Schneider（1998）の$R_{\rm{cusp}}$関係を用いて、小スケール構造の存在を制限し、フラックス比に与える影響を評価した。
• 特にRバンドにおいて、重ね合わされたエインシュタイン輪に起因する系統的光度測定誤差を定量化し、光子ノイズ限界に近い光度測定精度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 四重に像分けされたクェザーRXS J1131-123155における異常フラックス比の原因は何か。これはSIE+シアーモデルの予測から逸脱している。
• RQ2 1年を超える期間にわたる観測において、クェザーの固有の変動とマイクロレンズ効果が、レンズ像の観測されたフラックス変動にどの程度寄与しているか。
• RQ3 色に依存するフラックス比の変動は、差分的減光またはマイクロレンズ効果によって説明可能か。
• RQ4 観測されたフラックス比の乖離は、大質量の小構造（例：ミリレンズ効果）によるものか、それともマクロレンズポテンシャルの高次多重極項によるものか、どちらがより適切に説明できるか。
• RQ5 エインシュタイン輪がレンズ像のクェザーに重ね合わさる状況下で、点像の光度測定の精度はどの程度達成可能か。

主な発見

• MCSデコンボリューション法により、光学から近赤外域にかけてのレンズ像クェザーの相対的および絶対的光度測定が初めて正確に行われ、BおよびVバンドでは光子ノイズ限界に近い光度測定精度が達成された。
• 画像Aでは最大0.3 magのフラックス変動が検出され、これはクェザーの固有の変動とマイクロレンズ効果の両方が顕著に寄与していることを示している。
• 色に依存するフラックス比の変動は、低減光量の差分的減光を支持しており、これはダスト効果ではなくマイクロレンズ効果の存在を示唆している。
• マイクロレンズ効果だけでは、異常フラックス比を完全に説明できない。S1シナリオ（鞍点像Aの減増幅）ではマイクロレンズ効果は観測と整合的であるが、S2シナリオ（BおよびCの同時増幅）ではAを増幅させる大質量の小構造が必要となり、低確率のシナリオである。
• 観測されたフラックス比はSIE+シアーモデルではうまく再現されず、小構造からのミリレンズ効果でもデータを十分に説明できない。特にS1シナリオでは顕著である。
• 論文IIで導入されたレンズポテンシャルの八重極項（m=4）は、観測されたフラックス比$I_{\rm{B}}/I_{\rm{C}}$と相対的像位置の両方をうまく再現した。これは、複雑なマクロレンズポテンシャルが小構造を仮定せずに異常を解消できる可能性を示唆している。