[論文レビュー] Origin of Chromatic Features in Multiple Quasars -Variability, Dust, or Microlensing -

Atsunori Yonehara, Hiroyuki Hirashita+1 more|ArXiv.org|Sep 11, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用数 22

ひとこと要約

本研究は、レンズ効果を受けるクェเซールの色違い（複数の画像間の色の違い）の起源を調査し、内在的クェゼールの変動、チリによる減光、マイクロレンズ効果という3つのメカニズムを評価している。実験的および理論的モデルを用いて、内在的変動では観測された色の違いを説明できないことが判明したが、チリ減光とマイクロレンズ効果の両方が可能であり、時間遅れの制約を考慮するとマイクロレンズ効果がより現実的である。したがって、両者の組み合わせが起こっている可能性が高い。

ABSTRACT

Aims:In some of the lensed quasars, color differences between multiple images are observed at optical/near-infrared wavelengths. There are three possible origins of the color differences: intrinsic variabilities of quasars, differential dust extinction, and quasar microlensing. We examine how these three possible scenarios can reproduce the observed chromaticity. Methods:We evaluate how much color difference between multiple images can be reproduced by the above three possible scenarios with realistic models; (i) an empirical relation for intrinsic variabilities of quasars, (ii) empirical relations for dust extinction and theoretically predicted inhomogeneity in galaxies, or (iii) a theoretical model for quasar accretion disks and magnification patterns in the vicinity of caustics. Results:We find that intrinsic variabilities of quasars cannot be a dominant source responsible for observed chromatic features in multiple quasars. In contrast, either dust extinction or quasar microlensing can nicely reproduce the observed color differences between multiple images in most of the lensed quasars. Taking into account the time interval between observations at different wavebands in our estimations, quasar microlensing is a more realistic scenario to reproduce the observed color differences than dust extinction. All the observed color differences presented in this paper can be explained by a combination of these two effects, but monitoring observations at multiple wavebands are necessary to disentangle these.

研究の動機と目的

• 複数像クェゼールにおける観測された色の違いの主な物理的起源を特定すること。
• 内在的クェゼールの変動、チリ減光、マイクロレンズ効果が、観測された色の違いを再現できるかどうかを評価すること。
• 現実的な天体物理学的モデルを用いて、各メカニズムの妥当性を評価すること。
• 観測の時間遅れ制約と予想される変動時間スケールを比較すること。

提案手法

• 観測された光度-色関係を用いて、クェゼールの色の変動を実験的にモデル化する。
• レンズ銀河内の不均一なチリ分布を伴う実験的チリ減光則を適用する。
• クェゼール降着円盤およびカウスティクス付近のマイクロレンズ増幅パターンの理論的モデルを用いる。
• レンズ構成の10⁵回のモンテカルロ実行を実施し、カウスティクスのスケール長の統計的分布を導出する。
• 収束率（κ）、外部せん断（γ）、スムーズ物質割合（κ_c/κ）の関数として、カウスティクスサイズ（xₛ）の累積確率分布を計算する。
• 各メカニズムから予測される色の違いを、観測データと比較し、波長帯ごとの観測時間遅れを考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 内在的クェゼール変動のみで、複数のクェゼールにおける観測された色の違いを説明できるか？
• RQ2 非均一なチリ減光が、レンズ効果を受けるクェゼール像間の色の違いをどの程度再現できるか？
• RQ3 クェゼールのマイクロレンズ効果は、観測された色の違いを生じさせられるか。また、チリ減光と比較して、どの程度妥当性があるか？
• RQ4 異なる波長帯での観測間の時間遅れは、色の違いの解釈にどのように影響するか？
• RQ5 チリ減光とマイクロレンズ効果の組み合わせで、すべての観測された色の違いを説明できるか？

主な発見

• 内在的クェゼール変動では、観測された色の違いを説明できない。その時間スケールは、観測された色の違いに合致しないためである。
• チリ減光は、観測された色の違いを再現可能だが、微調整されたチリ分布と減光則が必要となる。
• マイクロレンズ効果は、その固有の波長依存性と時間遅れ観測と整合性があるため、より現実的な説明である。
• マイクロレンズモデルにおける中央値のカウスティクススケール長（xₛ）は、通常、エインシュタイン半径単位で0.1〜1の間であり、極端な構成では最小で約10⁻⁵ r_Eに達する。
• xₛの分布は、スムーズ物質の割合（κ_c/κ）に最も敏感であり、κやγに比べて依存度が低い。
• 観測されたすべての色の違いは、マイクロレンズ効果とチリ減光の組み合わせで説明可能であるが、両者を区別するには多波長モニタリングが必要である。