[論文レビュー] Pixel lensing: Microlensing towards M31

S. Calchi Novati|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 113被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、解像度の低い星の重力レンズ効果（ピクセルレインズィング）を、アンドロメダ銀河（M31）における暗黒物質、星族、および系外惑星の研究手法としてレビューする。複数のキャンペーンからの観測結果を統合し、自己レンズ効果が一部のイベントを説明できるものの、MACHO信号の証拠が残っており、今後の調査によって銀河間惑星の検出が期待される。

ABSTRACT

Pixel lensing is gravitational microlensing of unresolved stars. The main target explored up to now has been the nearby galaxy of Andromeda, M31. The scientific issues of interest are the search for dark matter in form of compact halo objects, the study of the characteristics of the luminous lens and source populations and the possibility of detecting extra-solar (and extra-galactic) planets. In the present work we intend to give an updated overview of the observational status in this field.

研究の動機と目的

• ピクセルレインズィングの観測状況、特にM31に向けての最新の概要を提供すること。
• 解像度の低い微小レンズ効果を用いて、コンパクトなハロー物体（MACHO）が暗黒物質の形であるという証拠を評価すること。
• M31の発光星による自己レンズ効果が、背景信号および天体物理学的プローブとして果たす役割を評価すること。
• ピクセルレインズィングによるM31における系外惑星の検出可能性を検討すること。
• ピクセルレインズィングの応用をローカル団群を超えた遠方銀河や銀河団へと拡張する可能性を検討すること。

提案手法

• 標準的な微小レンズ光曲線モデルを用いる：$\Phi(t,\{\theta\}) = \Phi^{*} \cdot (A(t,\{\theta\}) - 1) + \Phi_{\mathrm{B}}$、ここで$A(t,\{\theta\})$は点質量レンズによる増幅である。
• パチンスキーの光曲線形：$A(u) = \frac{u^2 + 2}{u\sqrt{u^2 + 4}}$、$u = \sqrt{u_0^2 + (t - t_0)^2 / t_{\mathrm{E}}^2}$を用い、光曲線をモデル化する。
• 深紫外画像調査におけるピクセル単位のフラックス変動を分析し、個々の星を解像しないまま微小レンズ効果イベントを検出する。
• 同じデータセットに対して複数の共同研究（POINT-AGAPE、MEGA、WeCAPP、ANGSTROM、PLAN）の結果を比較し、矛盾を解消する。
• アインシュタイン時定数$t_{\mathrm{E}} = R_{\mathrm{E}} / v$および角アインシュタイン半径$\theta_{\mathrm{E}} = \sqrt{\frac{4GM}{c^2} \frac{D_{\mathrm{s}} - D_{\mathrm{l}}}{D_{\mathrm{l}} D_{\mathrm{s}}}}}$を用いて、レンズの質量および距離を推定する。
• 統計的モデリングを実施し、特にM31の解像度の高い星族の文脈において、MACHOレンズ効果と自己レンズ効果を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31のハローにおけるMACHOの存在に関する、ピクセルレインズィングを用いた現在の観測的証拠は何か？
• RQ2 M31の発光星による自己レンズ効果は、観測された微小レンズ効果の発生率をどの程度説明できるか？
• RQ3 ピクセルレインズィングはM31における系外惑星を検出可能であり、その検出の見通しはいかがなものか？
• RQ4 POINT-AGAPE、MEGA、WeCAPPなどの異なる観測キャンペーンは、微小レンズ効果の解釈において、どのように一致または相違するか？
• RQ5 ピクセルレインズィングをローカル団群を超えた銀河的対象へと拡張する見通しはどのようになっているか？

主な発見

• M31に向けて報告された微小レンズ候補イベントは約30件であり、複数の共同研究間で解釈に顕著な差異が見られた。
• POINT-AGAPE共同研究は、MEGAが自己レンズ効果に一致する信号と報告した同一のINTデータセットにおいて、MACHO信号の証拠を発見した。
• WeCAPP共同研究は明るく良好にサンプリングされたイベントを分析し、レンズが星の対象よりもMACHOである可能性が高いと結論付けた。
• WeCAPPの11年間のキャンペーンの予備結果では10件の微小レンズ効果が報告され、その80％が半値全幅（FWHM）5日未塔であった。これは純粋な自己レンズ効果とは整合しない短時間スケールのイベントを示唆している。
• 自己レンズ効果だけでは観測されたイベント発生率を完全に説明できないため、MACHOや他のコンパクト物体による寄与の可能性が示唆される。
• 今後の調査、例えばPAandromeda、ANGSTROM、PLANは、M31の完全なカバレッジを提供し、検出可能なイベント数を著しく増加させ、レンズ効果集団の明確な特徴付けを可能にする。